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铝合金有限元模拟T型材拉弯成形
1.T型材拉弯成形的有限元模型
1.1有限元模拟方法简介
有限元的基本思想是把连续体视为离散的集合体来考
虑。用有限元方法分析塑性加工过程主要有以下几个方面的
内容:离散化、插值、确定应变、确定应力、外载处理、求
解
1.2计算模型
计算模型主要有静态计算模型和动态计算模型。动态计算模型
考虑了惯性力,本文采用了动态计算模型。
1.3单元类型的选择
本文选用8节点6面体单元,型材截面和截面的网格划分如
图3和图4所示,单元沿型材轴向长度为5mm
1.4本构方程
由于本文中的材料是大变形,所以必须采用有限变形理论中的
应力应变张量。
1.5运动方程
经有限元法离散,运动方程为
1.6材料模型
型材采用Hill厚向异性材料模型
1.7接触和摩擦处理及算法
本文采用了罚函数法,它是一种施加接触约束的数值方法。
1.8载荷模型
2.T型材收边拉弯成形过程的模拟及分析
2.1T型材收边拉弯成形有限元模型的建立
材料模型为LY12M-XC211-25长度为1820mm腹板和缘板厚
度都是2mm,毛料的边宽进行了铣切,毛料外形如图9所示。
模具的外形曲线如图10所示。
整个有限元共分为六个工况:预拉、弯曲、补拉、压下陷、
松开夹头和模具反向移动卸载。预拉伸量取实验采用的值3mm,
预拉时间取5秒,与实验预拉时间一致,增量步设为50步。弯
曲时,保持预拉最终的轴向拉伸力不变,然后使夹头沿垂直于型
材轴向的方向移动,直到型材贴模。弯曲时间取30秒,增量步
设为150步。补拉伸量取实验采用的补拉伸量6.2mm。补拉时
间取5秒,增量步设为50步。下陷深度为5mm,位置在模具的
一侧。压下陷时间为2秒,增量步为50步。卸载过程包括两个
过程。先释放夹具,并使夹具沿补拉方向继续移动,确保型材回
弹时不会再碰到夹具。然后使弯曲模具和下陷凸模反向移动,模
具和型材完全分离。释放夹具的时间为3秒,增量步为100步。
模具反向移动的时间为3秒,增量步为100步。整个几何模型
如图11。
2.2T型材收边拉弯成形的有限元模拟过程及结果分析
变曲率型材拉弯,首先要进行预拉,预拉后的等效VON
MISES应力如图12,预拉完成后,型材进行弯曲,弯曲贴模后,
停止弯曲。弯曲后的等效VONMISES应力分布如图13。由图15
可知,局部应力超过了强度极限,在型材的外侧产生了裂纹,由
此可知,修模量太大,模具的最大曲率偏大.
2.3拉弯成形模拟结果与实验结果的对比分析
在前面建立的T型材收边带下陷的拉弯有限元模拟中,弯
曲工序完成后,对型材进行补拉,补拉后的等效应力分布如图
14保持夹头图15中放大了下陷位置的等效应力分布情况,从
图上可以看出零件上应力偏大的位置主要在下陷位置和型材最
小曲率半径截面处。
型材拉弯成形完成后,进行压制下陷。T型材带下陷拉弯
成形卸载后的残余应力分布如图16,残余应变分布如图17,从图
中可以看出,残余应力和残余应变都超过了技术规范的允许值,
最大残余应变超过了15%。因此,模具的修模量和拉弯参数设
置不合理,在实验中应该采用更小的修模量,重新调整拉弯参
数。在实际生产中,调整了工艺参数,减少了修模量,由原
来模拟方案的25mm减到10mm,获得了满意的效果。
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