一种基于数值模拟的充液拉深成形周向加压方法与流程

本发明属于充液拉深成形技术领域，特别是一种圆弧形板材周向加压的确定方法

背景技术：

近年来，随着轻量化时代的到来，板材充液拉深成形成为薄板零件拉深成形的主要工艺。板材充液拉深成形是一种以水、油或其他粘性介质作为传力介质来传递载荷，在拉深过程中利用液体压力的作用将板料紧紧贴靠到凸模上，最终得到所需工件的形状。板材充液拉深成形技术因其自身的技术特点可以克服传统拉深工艺的一些不足，能够提高板材零件的成形能力。

随着板材充液拉深成形技术的逐渐发展，制造行业对产品的性能的要求也不断提高，而且越来越多的薄壁零件、具有较大的拉深比的板材零件被广泛应用于汽车和航空航天等制造领域。薄板坯料在拉深成形过程中最大的困难是板料的流动无法均匀控制，在零件拐角、直臂和法兰处容易出现拉裂、变薄、起皱等缺陷，严重影响零件的成形质量。为了提高板材的成形精度和成形极限，在拉深成形过程中降低出现缺陷的可能。因此有人提出在板材零件周围施加压力来阻止零件的过度变形，这样可以达到很好的效果。

对板料施加周向压力时需要考虑到施力的大小和方向，一般地，设置力的大小和方向是根据坐标系进行矢量叠加求出合力的大小，设置步骤是在边界处建立一个平面坐标系，分为x轴和y轴，同时沿x轴和y轴施加适当的力，求出总的加的力的大小，反之，知道合力的大小和方向，就可以在x轴和y轴求出应该施加的具体的力大小和方向，但是此种方法对于方形板和边界较规则且不带圆弧的板材比较方便，但是对于一些带圆弧的板材，设置平面坐标系就相对来说比较复杂，因为圆弧处每个节点的方向都是在变化的，而且施加力的方向，设置起来比较繁琐，基于此问题，本文提出了一种基于数值模拟的有效应对带有圆弧形板料周向压力的施加方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于数值模拟的充液拉深成形周向加压方法，在解决具有大拉深比零件的成形问题基础上，提出了具有普遍意义的基于充液拉深成形的周向加压的方法，使用该方法对板料进行成形，并根据设置的周向压力的大小对板材进行模拟成形，可以提高板材零件的成形精度和成形极限，并降低板材零件在充液拉深成形过程中出现缺陷的可能。基于背景技术里提出的问题，本文对圆弧形板料施加周向压力提供了一种有效的解决方法，对板料进行网格划分，在每个边界节点处都设置一个局部坐标系，局部坐标系的x轴是沿板料边界指向板材中心，y轴是相切于板料节点，z轴垂直于板料平面。这样在施加周向压力时，只在x轴方向上施加节点力，这样设置的数据更加精准，设置更加方便。从而提高坯料的成形性，使板材零件成形更加容易、高效。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来解决背景技术中出现的问题；

一种基于数值模拟的充液拉深成形周向加压方法，它包括以下步骤：

步骤1、利用三维软件构建零件的模型，转化为stl格式；

步骤2、在有限元分析软件里面选择合适的网格大小对模型进行网格划分，在板料边界节点处建立局部坐标系；

步骤3、在板料周围设置适当的周向压力，然后利用节点力的计算公式把周向压力转化为节点力，最后把计算出的节点力一一施加到局部坐标系上；

步骤4、设置合适的冲压速度，压边力和液室压力，对零件进行模拟拉深成形；

步骤5、最终，在有限元后处理分析软件上得到零件的成形效果图。

本发明具有以下有益效果：

1.通过在板料边界处设置一定数量的局部坐标系的数量，对于带有圆弧形装的板材，可以更好地找到节点力的施加位置；

2.通过在局部坐标系上从边界向板料中心施加周向压力，可以辅助充液拉深成形，能增大零件的壁厚，降低板料在成形过程中拉裂的可能；

3.以往施加周向压力的方法受网格数量的限制，网格数量不能过多，本发明采用的方法网格划分数量不受限制，可以设置更多的边界节点，在数值模拟中成形更精确，模拟的精度更高。

4.本发明可以提高薄壁零件的成形性能，更好的服务于制造行业。

附图说明

图1零件尺寸及模型

图2局部坐标系

图3板材一的成形效果图

图4板材二的成形效果图

图5成形极限色谱图

具体实施方式

本实例是一种基于数值模拟的充液拉深成形周向加压方法，具体操作步骤如下：

1.本实例选择的坯料是厚度为1mm，直径为100mm的两个圆形铝合金板材，分别记号为板材一和板材二。绘制零件的三维模型，并转化为stl文件导入到有限元分析软件中，零件模型如图1所示；

2.板材一在进行网格划分后不需要在边界处创建局部坐标系，板材二在进行网格划分后，在零件的边界处得到64个节点，而且需要在每一个节点处都建立了一个局部坐标系，板材二的局部坐标系的创建结果如图2所示；

3.对两块板料进行模拟分析，板材一不添加周向压力，板材二施加的周向压力为20mpa，然后把通过节点力公式计算得到的节点力分别施加到64个局部坐标系上，而且要求施加力的方向都必须是由板料边界节点指向板料中心。

4.本实例设置的冲压参数分别是：冲压速度为2000mm/s，压边力为50000n，液室压力为30mpa，然后在有限元分析软件里进行模拟拉深成形；

5.最终，在有限元后处理分析软件上得到零件的成形效果图3和如图4所示，很明显的可以看到，没有施加周向压力的板材一在零件的棱边转角处会有出现破裂的可能，施加周向压力的板材二在零件的棱边转角处的破裂趋势消失。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于数值模拟的充液拉深成形周向加压方法，首先利用三维软件构建零件的模型，并转换成有限元分析软件可以识别的STL格式，接着选择合适的网格大小对零件进行网格划分，以保证结果更加精确，并在板料边界节点处建立局部坐标系，选择合适的周向压力，然后通过节点力公式把周向压力转化为节点力，施加到在有限元分析软件里建立的局部坐标系上；然后再设置适当的冲压速度、压边力和液室压力对零件进行拉深成形，模拟得出零件的成形效果。本发明特征在于可以提高拥有大拉深比深筒形零件的成形效果，而且适用于一些薄板成形零件的壁厚要求较高的行业，如在汽车制造业中会产生重要的意义，在制造行业中有良好的应用前景。

技术研发人员：刘晓晶;彭聪;杨然
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.04.09
技术公布日：2019.08.06