[发明专利]一种双台阶筒形件二次拉深数值模拟方法

说明书

双台阶筒形件拉深采用板材充液拉深技术，对两个台阶分步成形，使双台阶筒形件达到了较高的成形极限，解决了一次充液成形工艺中工具之间存在较大间隙形成悬空区，在初期成形时液压对板材反向压力较大导致减薄的问题，此方法适用于零件底部直径差异较大、形状复杂的薄壁零件成形。对零件的成形进行了数值模拟，应用其后处理软件确定液室压力、摩擦系数和工具系数，确定各个工艺参数对零件拉深的影响因素，通过对网格的细化分，测出典型点在零件各部分的运动轨迹。通过对双台阶筒形件充液拉深的模拟研究，找出了最优的液压曲线。

技术领域

本发明涉及充液拉深领域，尤其是增大拉深极限的二次拉深。

背景技术

双台阶筒形件进行一次充液拉深的过程中，当凸模接触板材之后，液室内液体就开始对板材施压，此时，液压对板材起到了一定的反涨作用，初始的反涨作用对于前期的板材成形是有一定的益处的，但是初始反涨不宜过大，否则导致初期板材减薄严重，发生破裂现象，致使成形失败。随着冲头的向下运动，容易产生悬空区。

发明内容

对双台阶筒形件采用充液拉深二次成形数值模拟，就可以规避在初始阶段工具间隙过大的问题，第一次充液拉深成形的是一个锥底的筒形件，其锥面作为双台阶筒形件的过渡曲面，在第二次充液拉深，为了促使板材的流动，压边采用的定间隙压边套筒，保证了零件成形后的尺寸精度，并且不会使材料在流动的过程中和工具之间产生过大的摩擦，降低了缺陷的产生率。本发明的优点在于：相对于普通充液拉深和传统拉深，二次充液拉深在成形中成形性好、成形精度高，表面质量好、成形极限高等优点明显，所以本发明确定了双台阶筒形件采用充液二次拉深的工艺方法。

附图说明：

图1为本发明数值模拟模型结构示意图。

图2为本发明第一次拉深数值模拟模型。

图3为本发明第二次拉深数值模拟模型。

具体实施步骤：

步骤1.通过双台阶筒形件成形力学分析理论，在法兰部分的板料所受的切向压应力qs大于径向拉应力rs，而径向拉应力rs越接近凸模数值越大，最大值出现在凸模圆角处，则设此处的拉应力为maxs，此处板料还受到工具的摩擦力，假设压边的摩擦系数为m，凹模的摩擦系数为1m，材料所受到的向下压力为F，则径向上由于摩擦产生合力为1F(m+m)，筒壁上的拉应力可以计算得到为：

步骤2.双台阶筒形件两个直壁处在充液成形过程中受力，在整个零件的成形过程中此处的板材受到两个方向的力，其应力状态为单向拉深状态，两个方向的力为：液体对材料表面的压力，与凸模发生相对滑动产生的摩擦力。单独提取零件直壁上的单位单元作为分析对象，假设此单元单位为平面应力状态，厚度方向上的压力为P，摩擦系数为2m，径向拉力zs。以环形体积对直壁上单位体积建立模型计算，由受力平衡条件可得出：化简后可得：

步骤3.建立零件的数值模拟模型如图1，确定液室压力的液压加载方法，采用前期逐渐加压后期保压的液室加压方法；

步骤4.采用有限元数值模拟软件，对双台阶筒形件拉深成形进行模拟，对一次充液拉深成形模拟和二次充液拉深成形模拟进行对比，得出二次拉深的优点；

步骤5.在双台阶筒形件在成形的过程中，得出塑性发展变化的过程，以及典型点在材料成形不同阶段的应力应变状态；

步骤6.采用数值模拟的方法，确定液室压力、摩擦系数、冲压速度等参数对双台阶筒形件的成形性、起皱趋势和壁厚分布影响的规律，找出各种工艺参数的合理范围和控制缺陷的措施。