[发明专利]一种充液拉深过程中液室压力与变压边力的协调控制方法

说明书

本发明涉及冲压成形技术领域，特别是充液拉深技术领域，提供了一种充液拉深过程中液室压力与变压边力的协调控制方法。在航空航天领域中，常采用充液拉深技术成形高端装备的零部件；此外，诸如镁合金、铝合金等难变形的新型材料，也需要利用充液拉深进行成形。该方法根据冲压模具及板料的三维模型，采用有限元分析的方法，经过数值仿真模拟分析，确定成形质量较好的无液室压力的条件下的变压边力加载曲线，和恒定的压边力作用下的液室压力加载曲线，将液室压力加载曲线转换为液室液体溢流时对法兰区的附加压边力曲线，并与变压力加载曲线进行叠加，得到在变液室压力加载下的变压边力优化加载曲线，从而提高零件的成形质量。

技术领域

本发明涉及一种充液拉深过程中液室压力与变压边力的协调控制方法，属于冲压成形技术领域，特别是充液拉深技术领域。

背景技术

在航空航天领域中，一些高端装备的零部件经常采用充液拉深技术进行成形；此外，很多难变形的新型材料，如镁合金、铝合金等，也需要利用充液拉深进行成形。板料的充液拉深是一种将冲压成形与液压技术结合在一起的软模技术，用液室压力来代替传统冲压成形模具中的凹模或凸模，零件的成形质量高、尺寸精度好。液室压力的加载曲线是充液拉深工艺中最为重要的一环，直接影响到零件的成形质量。

在拉深成形的过程中，压边力是一个十分重要的工艺参数，主要用来产生摩擦力，以增加板料的拉应力，控制板料的流动；另一方面，压边力的大小影响到板料在变形过程中的起皱、破裂等问题，关系到成形件的质量。变压边力是指随着时间或凸模行程的变化而变化的压边力，可以合理的控制板料的塑性流动，发挥压边力对板料流动的最大调节作用，从而能够避免零件在成形过程中出现破裂、起皱等缺陷，改善板料的成形性能。

根据塑性材料的应力应变曲线，材料在达到屈服阶段之前可达到较高的应变，相对应地，该时刻也是板料成形过程中最容易出现破裂、起皱等成形缺陷的时刻，为了保证成形质量，此时的压边力应该足够大。而在充液拉深的过程中，为了保证板料的贴模性，液室压力的加载在最后阶段需要到达一定的强度。在压边力与液室压力的共同作用下成形板料时，当液室压力太大时，压边力便不能够抵抗切向的压应力，从而致使冲压件不能充分地拉深。如何设置出合理的变液室压力条件下变压边力的加载曲线，使液室压力和压边力协调控制板料的成形是一个难题，在目前的充液拉深成形领域，在实际零件成形时，一般采用试错法对变压边力进行调试，时间以及人力、物力成本高，同时存在一定的难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种充液拉深过程中变液室压力与变压边力的协调控制方法。

基于上述目的本发明提供的协调控制方法，包括以下步骤：

（1）根据冲压模具及板料的三维模型，采用有限元分析的方法，经过数值仿真模拟确定板料在无液室压力的条件下的压边力变化范围；

（2）选取步骤（1）压边力变化范围内的加载路径进行数值模拟，分析成形件质量，选取成形质量最好的无液室压力的条件下的变压边力加载曲线；

（3）在有限元分析软件中进行数值仿真模拟分析，确定板料在恒定的压边力作用下的液室压力变化范围；

（4）选取步骤（3）压边力变化范围内的加载路径进行数值模拟，分析成形件质量，选取成形效果较好的恒定压边力作用下的液室压力加载曲线；

（5）将步骤（4）中的液室压力加载曲线转换为液室液体溢流时对法兰区的附加压边力函数为，转换公式为，其中为溢流区的液室压力，为在溢出的液室压力作用下的法兰区面积；

（6）将步骤（2）中得到的变压边力加载曲线，和步骤（5）中得到的附加压边力进行叠加，得到在变液室压力加载下的变压边力优化加载曲线，运算公式为，其中为优化后的变液室压力加载下的变压边力函数，为无液室压力加载时的变压边力函数。