板料成形技术中拉深筋的研究进展

本文在阐述拉深筋作用机理的基础上 ,对板料成形技术中拉深筋阻力模型的理论研究、拉深筋数值计算方法以及实验研究的发展状况进行了综述与分析 ,并指出了研究中仍存在的问题和该领域的发展趋势。

等宽拉深筋截面参数生成机理与参数化设计

介绍了无论Z向等宽拉深筋还是法向等宽拉深筋,在筋高较低时,其截面参数不再是给定的数量值,主要体现为凸筋圆角会随着筋高的降低而增加。在分析总结Z向拉深筋和法向拉深筋在截面参数生成时的不同几何约束条件后,建立了各自的数学理论求解公式,根据理论求解公式可以准确地在三维设计软件中建立拉深筋模型,且不受三维建模软件种类的限制。为了快速准确地实现拉深筋参数化设计,将理论公式编程至CATIA中,应用CATIA-Power Copy功能构建可随时更改参数的拉深筋设计系统,提高了拉深筋的设计效率,并以某车型后背门内板项目为例进行验证,外侧流入量误差最大为2.65 mm,板料内侧的落料孔流入量最大误差为3.15 mm;拉深减薄率及最大失效误差均在2%以内。

拉深筋成形二维弹塑性有限元数值模拟

利用开发的拉深筋二维弹塑性有限元数值模拟软件 ,对圆形筋和矩形筋就压筋和成形的连续过程进行了数值模拟 ;分析了拉深筋主要几何参数对压筋力和拉深筋阻力的影响 ,研究了压筋和成形两个阶段板料在拉深筋作用下的变形规律与受力特点。模拟结果与实验结果吻合良好 ,为建立一种实用的等效拉深筋模型及进一步的三维拉深筋成形模拟奠定了基础。

等效拉深筋在钣金成形数值模拟中的设置及优化

采用有限元软件模拟了某汽车内饰板的拉深成形过程,通过设置等效拉深筋作为材料流动控制手段。首先通过对某简单形状零件拉深成形过程的模拟得出拉深筋参数的设置对模拟结果的影响规律,然后对内饰板拉深筋模型进行多次模拟和修改,通过在容易起皱的区域布置双重拉深筋作为最终的拉深成形优化方案,改善了零件表面的成形质量,能获得成形质量良好的拉深件。

实际拉深筋与等效拉深筋的对比研究

采用动力显式有限元软件eta/Dynaform对等效拉深筋模型和实际拉深筋模型进行有限元计算,讨论了初始压边力和虚拟冲压速度对板料通过拉深筋后变形行为的影响,对比分析了有限元计算结果;通过实际测试对模拟计算结果进行了验证。研究表明:应用等效拉深筋模型不能精确的模拟板料通过实际拉深筋时的变形行为,实际拉深筋模型受初始压边力的影响比等效拉深筋模型要大;同时得到了虚拟冲压速度合理的取值范围。

基于试验的等效拉深筋阻力及几何参数修正

设计并加工了一套拉深筋阻力测试装置。通过拉深筋阻力试验得到了9组不同拉深筋圆角半径下的拉深筋阻力,以及真实拉深筋阻力与拉深筋圆角半径间的关系,并通过对比分析拉深筋阻力的实测值与等效拉深筋理论计算值,发现了在相同的拉深筋几何参数条件下,等效拉深筋阻力计算值较真实拉深筋阻力值偏大的现象。同时,建立了拉深筋几何参数理论值与实际值之间以及拉深筋阻力计算值与实际值之间的映射关系,根据该映射,可获得拉深筋几何参数和阻力的计算值与实际值的对应关系,对企业生产中减少设计余量和模具调试工作量,具有实际意义。

半圆形拉深筋圆角半径及金属流动方向对拉深筋阻力的影响

通过实验测试与回归分析相结合的方法,研究了半圆形拉深筋的圆角半径和金属流动方向对拉深筋阻力的影响。通过专门设计的实验装置,分别测取了以圆角半径和金属流动方向为变量的拉深筋阻力数据,分析得出圆角半径对拉深筋阻力的影响呈近似线性关系,金属流动方向对拉深筋阻力的影响呈近似的抛物线关系。综合两个参数的影响规律,基于回归分析方法建立了拉深筋阻力的近似解析模型。最后,通过回归系数的T检验得出,金属流动方向对拉深筋阻力的影响要比圆角半径显著,并且金属流动方向与圆角半径的耦合效应较小。

半圆形拉深筋尺寸参数对其阻力的影响

通过数值模拟和实验相结合的方法 ,研究了半圆形拉深筋的高度、圆角半径等参数对拉深筋阻力的影响 ,分析了不同尺寸参数下拉深筋阻力的构成特点。研究表明 ,拉深筋高度和拉深筋圆角半径对阻力均有显著的影响。其中拉深筋高度与阻力之间存在较好的线性关系 ,是控制拉深筋阻力的首选参数。拉深筋的高度变化主要影响拉深筋的摩擦阻力 ,而圆角半径主要影响局部圆角的变形阻力。最后在实验和分析的基础上 。

影响拉深筋结构及应用的因素分析

对于易起内皱的回转体零件，常使用环形拉深筋。本文根据此类零件的变形特点，在试验研究基础上，对拉深筋的阻力构成，筋的结构及位置等进行了机理分析，并结合应用提出了思考问题的途径。

基于有限元逆算法的板料成形模拟拉深筋的灵敏度优化

基于有限元逆算法和灵敏度优化的BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)算法,提出一种以成形极限曲线和起皱极限曲线作为目标函数,优化拉深成形中的拉深筋位置和大小的拉深筋灵敏度优化算法。优化算法综合考虑冲压件成形过程中起皱和破裂对成形性的影响因素,比只考虑板厚变化更能准确地反映板料的成形性,而且基于逆算法的灵敏度优化算法计算速度很快,可以应用于大型复杂冲压件的工艺参数优化过程模拟。通过两个典型的零件验证了该算法的优化结果符合实际工艺。

车身覆盖件模具的拉深筋工艺设计和优化

在传统拉深筋设计过程中,拉深筋初始方案的确定完全依赖于经验,具有很大的偶然性。本文将优化理论与有限元逆算法相结合,优化初始拉深筋设计方案。在优化过程中,提出了一种将FLD和板料厚度分布相结合的目标函数,同时对传统的可行方向法(FDM)进行了一些改进。将改进的FDM和有限元逆算法结合优化等效拉深筋,然后根据等效拉深筋阻力密度值计算相应的拉深筋工艺参数。在板料成形模拟系统FASTAMP中开发了一个拉深筋工艺优化模块,并以NUMISHEET2002中的现代汽车翼子板为例,验证了该优化模块的准确性。

基于实体拉深筋的汽车覆盖件冲压成形同步仿真技术

基于Siemens NX平台的几何关联和参数关联技术,采用UG/OPEN API开发了汽车覆盖件冲压成形同步仿真系统FASTAMP_NX,该系统实现了CAE分析模型与产品工艺方案CAD模型的同步更新,避免了CAD/CAE之间数据转换导致曲面丢失和精度损失问题,解决了设计频繁变更时CAE重复建模的问题,实现了真正意义上的同步仿真,以某汽车发动机后挡板件的实体拉深筋拉延成形模拟及工艺方案改进为实例,验证了该系统的有效性和实用性。

基于有限元逆算法的拉深筋工艺设计和优化

汽车覆盖件拉深成形中,一般通过设置适当的拉深筋控制成形过程中的板料塑性流动规律来提高覆盖件成形质量。针对覆盖件工艺设计需求,提出一种基于有限元逆算法的拉深筋工艺优化算法。该算法以灵敏度优化方法为基础,考虑了板料的成形度、破裂和起皱等成形缺陷。在板料成形模拟FASTAMP系统中,开发了拉深筋优化模块,并以实际覆盖件为例,验证了该算法能快速准确地模拟等效拉深筋力的布置情况以及优化板料的成形性。

板材通过拉深筋时的循环塑性变形机理分析

板材通过拉深筋的变形具有明显的循环加载特征,因反向加载时存在包申格效应,所以目前对不同反向加载阶段板材的变形特征还不明确。为研究板材在拉深筋中的循环变形机理,明确不同加载阶段的变形特征及包申格效应的具体体现,考虑板材方向性、加工硬化特性和包申格效应,建立基于Hill正交各向异性屈服条件和Ziegler随动硬化法则的材料模型。分别采用Mises屈服条件的各向同性硬化、Hill屈服条件的随动硬化两种材料模型,对板材通过半圆形拉深筋的循环塑性变形过程进行数值模拟对比分析,并通过试验验证所建材料模型的有效性。分析随动硬化模型下计算所得板材经过拉深筋时的循环变形特征及各加载阶段应力应变的对应关系;揭示包申格效应对应力-应变循环关系的影响规律。对应力应变历程关系曲线的分析显示,不同于现有的分析结果板材在半圆筋中经历了两次弯曲、卸载与反向弯曲的塑性变形过程;板材同一截面上不同积分点在同一加载分支的包申格效应参数不同,同一积分点在不同加载分支的包申格效应参数也不同;随循环加载次数增加,反映不同加载分支硬化情况的切线模量呈显著下降趋势。

经过拉深筋预变形板材的后续冲压性能

以经过拉深筋变形后板材后续冲压成形性能为研究对象,通过对板材后续成形性能特征及变化规律进行系统的研究,分析拉深筋主要结构参数对板材后续成形性能的影响,揭示了板材经拉深筋变形产生的等效预应变量与板材后续成形性能的关系。研究表明,板材后续屈服强度大于毛坯板材的屈服强度,当等效预应变小于一定值时,后续强度极限小于毛坯板材的强度极限,相应可以确定硬化指数n值及板厚方向性系数r;当等效预应变较大时,后续强度极限大于毛坯板材的强度极限,n值及r值无法确定。

汽车覆盖件成形拉深筋的有限元模拟与优化

利用有限元法模拟某汽车高强钢横梁的成形过程,通过设置拉深筋作为材料流动控制手段。拉深筋的参数设置对成形结果影响很大,首先通过对简单形状零件拉深成形过程的模拟得出一些拉深筋参数对模拟结果的影响规律,然后对横梁拉深筋模型进行多次模拟和修改。通过比较采用等效拉深筋与真实拉深筋模型所得模拟结果,最终得出对于复杂冲压件,应该采用真实拉深筋模型进行模拟的建议。

可控拉深筋高强度钢板盒形件拉深工艺数值仿真

拉深筋高度变化对板料成形时的拉深阻力影响显著,而高强度钢板又是当今难成形板料之一,为此提出可控拉深筋技术以提高高强度钢板成形性能。建立JAC590Y高强度钢板固定拉深筋盒形件拉深成形数值模拟模型及实验装置,通过模拟和实验结果对比分析,得到不同拉深筋高度对高强度钢板成形性能影响显著。依据板料拉深过程中拉深力变化规律设计上升——停止——下降的可控拉深筋运动路径,将此路径应用到类似盒形件的高强度钢板汽车引擎盖边板拉深成形中,获得成形良好的20组方案且可控拉深筋对零件最小厚度影响显著。最终对这20组零件最小厚度均值进行极差分析,得到可控拉深筋最优路径组合及主要影响因子H2,通过GA-BP神经网络及回归分析预测因子H2影响下零件最小厚度变化规律。

拉深筋结构参数对变形及阻力的影响

文章通过数值模拟与实验相结合的方法,以A5757铝合金板材为对象,系统地研究了拉深筋的主要结构参数对拉深筋阻力及通过拉深筋后板厚减薄量的影响,从力能特性及变形两个方面对拉深筋进行了对比分析。研究结果表明,拉深筋结构参数对拉深筋阻力及板厚减薄量的影响趋势相同,而拉深筋圆角半径对板厚减薄量的影响远大于对拉深筋阻力的影响。并以此为基础,对拉深筋的设计调整策略进行了讨论,为拉深筋的设计调整提供了理论依据和实验数据。

拉深筋约束力模型及试验研究

对拉深成形过程中板料经过拉深筋时的变形情况进行了研究.运用能量法建立了一种简单实用的拉深筋约束力计算模型,设计了一套通过丝杠机构提供水平拉力的拉深筋约束力测试装置.采用正交试验方法,针对影响约束力的各种因素进行了研究,结果表明:在成形过程中,如果拉深筋设置在圆弧部位,板料经过拉深筋后的最终约束力是一个随拉深进程而变化的值.板料通过设在直线段的筋产生的约束力在一定的压边力下,其值为恒定的值,并且理论计算与实测值基本吻合,在数值模拟时,该模型可以作为等效拉深筋使用.

基于板料后续性能的拉深筋结构参数试验研究

布置结构合理的拉深筋,可以有效地提高零件的成形质量。为制定合理的拉深筋结构设计原则,以拉深筋阻力和通过拉深筋后板料的后续成形性能为试验指标,就半圆形拉深筋结构参数对各试验指标的影响进行正交试验研究,讨论拉深筋结构对板料后续性能的影响,分析拉深筋阻力与板料后续性能的关系。研究结果表明,不同的拉深筋结构参数组合,对板料可能产生相近的阻力效果,但是后续性能却不一定相同;在拉深筋结构参数中,筋圆角半径R对拉深筋阻力及板料后续性能的影响最显著,凹槽圆角半径r1、r2的影响最弱,而且程度相当。在此基础上,根据试验数据及分析结果给出综合考虑拉深筋阻力和板料后续成形性能的拉深筋结构参数的设计原则,此原则依据拉深件的成形深度来设计拉深筋参数,对大型覆盖件拉深模具的设计具有积极的指导作用。