关于拉延筋挺举力的历史问题

2016-11-16 by:CAE仿真在线来源:互联网

我们说一说DRAWBEAD UPLIFT FORCE,在压边面上拉延筋是起非常重要的作用的。假如不用拉延筋,对于压边面则会要求更高的压边面研配,更高的压边力(带来后果时压边面磨损增加),调节局部压边力困难。而采用拉延筋后,则会减轻研配要求,可以更好的调整局部走料,提供更大的阻力,减轻压边力要求。
对于实际拉延过程,压机的顶缸对压边力提供的压边力最终是分成二部分作用的,一部分是克服拉延筋弯曲走料带来的挺举力,一部分是用来与凹模压紧材料。
但在AF中,在4.0的版本以前(含4.0),挺举力是不算在压边力中的,原因是AF认为计算这个力比较困难。

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在4.0以前(含4.0),AF认为难于计算的理由是:

1,板料位置和压边面斜度不一样,会导致挺举力计算困难。
2,当材料流动方向改变时,拉延筋挺举力相应改变。
3,材料流过拉延筋时的过程,挺举力的变化是动态的。
但是这样会带来一个严重的问题,即比如模拟时AF推荐的单位压边力值为3MPA,CAE分析时这个值是完全用来压紧材料的。但这个值转换成顶杆力,给车间使用时,这个顶杆力实际上有一部分是会用来克服材料从筋上流动产生的挺举力的,即实际对材料的压紧力是减小了。
所以在4.1及以后的版本,AF将拉延筋挺举力加到了顶杆力里面。相当于顶杆力里包含了克服筋的挺举力和压紧材料在压边面上的力。这样的结果是压边力与实际生产过程符合。
在上海大众及一些主机厂,在4.0及以前版本里是明确要求拉延筋挺举力不考虑的。原因就是以前的AF版本,压边力里不含材料克服筋流动的产生挺举力。也即是说对于软件来说它计算出来的压边力就是用来夹紧材料在压边圈和凹模间的力,它不含挺举力。
在4.1及以后的版本里,由于计算方法改变了,压边力里实际上是含挺举力了,假如CAE分析者仍按以前思路,给定压边力值,这样带来的后果是,给定的压边力值里一部分力,AF会用来克服筋产生的挺举力,进而导致实际对材料的压紧力减小。并且由于挺举力占压边力很大的比例,约50-75%左右,这样会给实际的分析结果带来很大误差。

这是新版本关于把挺举力缝合到压边力里的说明。AF会计算每个增量步的挺举力,并且考虑了压边圈倾斜,接触状态,材料流动状态等因素。

上图是当我们试图关闭拉延筋挺举力时,AF给出的提醒。假如你关闭挺举力,AF将会在实际的顶杆力中,忽视拉延筋挺举力带来的影响。那么请调整实际顶杆力!!!!

Feffektiv为有效压边力,即在压边圈和凹模间实际用来夹紧材料的力。
Fib为给定顶杆力。
Fbhd为压边筋挺举力。
也即是说在4.1以前的版本里,所给定的顶杆力就就是用来压紧材料的力。
而在4.1及以后版本里,所给定的顶杆力有一部分是用来克服拉延筋的挺举力了,实际用来压紧材料的力就会小了。
所以CAE分析者,假如打开自动挺举力话,那么请调整你的压边力,以保证证你的压边力能满足你设想的压力值。
下面给个实例说明,某一侧围的压边力按车间反馈情况,实际顶杆力约为200-250T。

从上图可以看在打开挺举力计算后,实际用来压紧材料的压力少了近一半。这明显会对分析带来巨大影响。

实际上按日本模具厂综合统计的压边圈单位面积压力约为1.3MPA,这个值仅是压边力除以压边面积结果,是个虚拟单位压边力值,并没有把筋的挺举力除去后再算,这一点要注意。
我们一般的冲压教材里单位面积的压边力值实际上就是给定顶杆力除以压边面面积,它的压边力仅仅是考虑了单位压边力值,并没考虑挺举力因素。即对于有筋情况,由于要克服筋挺举力,它实际用来压紧材料的压紧力是会减小的,这一点要特别注意。个人认为需要对冲压手册里公式修正,即该公式仅对于无筋时的压边面压力是准确的。对于有筋里,需对比现场情况,另外总结。
AF对压边圈采用有压力和力二种形式,使用压力,则模拟过程对材料压紧力始终保持给定压力值,而不管挺举力有多大。使用力话,模拟过程,则会把该值一部分用来克服挺举力。
这里就体现了AF的压力(PRESSURE)和力(FORCE)的区别了。对于一般零件,若采用压力来做压边力,(一些实际经验少的人喜欢用这个值,因为他不清楚具体件在车间实际所用压力值,并且区分这个实际压力值也需经验,因为研合不到位会造成该值不准确),AF一般推荐的单位压边力值为3MPA左右,这个值目前来说应该是有问题了的,是有历史原因了,因为4.1版本前压边力里不考虑挺举力。所以假如一个4.1以前版本模拟时采用3MPA单位压力值,模拟出来结果也许能接受了,然后将该单位压力值转换成压机吨位,实际上该力到了车间后需克服筋的挺举力,即是说制件的实际阻力值并没达到模拟的值。但这种情况在车间不容易得到准确回馈,原因在于模具研合不到位,实际的反馈往往是相反的,钳工认为给出的压边力吨位偏小了,这实际上是模具完全没有研合就开始拉件的恶果,其后果是制件刚性不足,材料并且没有很好的压边张紧拉延,导致制件受力不均,扭曲回弹增加,并且为了能出件,产品R角给过多打掉。
比如AF推荐的压边值3MPA(我认为有筋情况下,这个推荐值也许是偏大的,当然若制件不开裂,还是有利的,能使制件变形更充分,压边面起皱更少),分析结果也是可以接受的,差别在于提供时要弄清楚顶杆力里是否包含了挺举力。但是对于侧围等难拉伸,易开裂的外板件,采用AF推荐压力值计算话,太大的压边力会带来分析开裂问题,这时就需要参照车间实际的顶杆力,然后对压边圈改用力(FORCE),并且把挺举力计算打开来计算。实际上一般有经验的CAE分析者基本会采用类似件的参考压边力(FORCE)来模拟的。
我们做个实际计算,比如侧围,其压边面面积为1.6平方米,模拟使用压力值为力FORCE,250T,采用虚拟筋,虚拟筋的产生的理论挺举力为128T,实际对压边面的压力吨位为250-128=122T,这样我们来计算其单位压边面理压力值为122T/1.6=0.76MPA,刚好与软件计算压边圈闭合的压力值相等,见下图示:

对于复杂难拉伸件,其材料压紧压力,在克服挺举力后,其单位压边边值可能也就0.3-1MPA左右,这种材料压紧压力才是下真正的压边面单位压力值,材料压紧力力大小对材料流动影响不大原因在于筋对材料流动的贡献比压边力大很多,比如100T压边力,其产生的摩擦阻力为100*0.15=15T,而1米的筋产生的阻力值就能产生,150*1000=15T的约束阻力了(方筋产生的阻力)。比如侧围筋的总长度有近14米,当然这14米筋不全是方筋,而14米筋产生的约束阻力则有100多T。大体来说250T的压边力除去筋挺举力160T后,实际作用在压边面上的力就只有90T了,而90T的作用力产生的进料阻力就是90*0.15=13.5T了,所以说筋是流料阻力的主因,而压边力则主要是起压边圈闭合不被顶开作用,用以使材料始终平面约束流料,消除起皱。
但是对于侧围,比如内外压边圈压边面积差别较大,在不考虑挺举力情况下,发生模拟差别会较大。见下图示:

可以看出是否考虑筋挺举力,差别较大,会误导分析者。

考虑到挺举力计算准确性,若对外板这些要求更高的零件,推荐最后分析采用物理筋确认分析结果,但这种方法有其缺点,一是计算时费用大副增加,一是物理筋形状调整存在困难。

对于挺举力我们做个规纳,我们将筋的阻力分为约束阻力和挺举力二个因素。我们用线因素来衡量时,一般来说约束阻力与挺举力基本接近(指单筋情况下),一般来说挺举力稍小。但在双筋情况下,AF并不是认为是二个筋的约束力值和挺举力值的简单相加。见下图:

这里我将内外筋模型定义为都一样。定义为双筋时,约束力增加了116.4/77.6=1.5倍,挺举力增加了198.5/68.5=2.9倍。而并不是简单的双筋2倍约束力叠加。所以使用者也需要注意单独定义二个双筋和直接定义一个双筋使用是有差别的。
双筋时挺举力不是单独二根筋的挺举力相加,而是增加,可能是跟材料在外侧筋流过后硬化有关。
至于双筋时约束力不是单独二根筋时约束力相加,而是降低,可能跟材料流经外侧筋后变薄有关。考虑到挺举力计算准确性,若对外板这些要求更高的零件,推荐最后分析采用物理筋确认分析结果,但这种方法有其缺点,一是计算时费用大副增加,一是物理筋形状调整存在困难。
注:对于压边圈,其压边面材料初始情况如下图:

也就是说由于筋的存在,压边圈在闭合过程就发生起皱,并增高。并且在随着拉延过程又另外会有起皱发生或减弱。但无论如何,我们可以确定的是,压边圈的上的材料实际上是增厚了,即大于1T。
但实际上,对于AF,对于压边圈闭合都是理解为1T的。即认为压边圈是能够闭合到1T的,并基于这一假设,做了很多简化算法,以加快计算效率。最后闭合到1T料厚的结果是,压边面上的起皱被强行消除,这是与实际偏离的。
在无筋情况下,需要较大阻力也实际上是缺少筋的约束阻力,只能靠很大的压边力来提供阻力了。筋与压边面闭合二者其实可以分工,用筋来产生主要约束阻力,调节进料速度,然后且压边面闭合来约束材料起皱的产生。
作一个总结:
1.对于有筋压边面,由于筋存在,就决定了压边面必然起皱,增厚。即在压边圈闭合过程,实际料厚大于1T,之所以还能将材料张紧,靠的是模具压边面本身产生的微小变形(0.2mm内),但毫无疑问,大太的起皱会带来压边力不均问题,这也是要消除压边面起皱一个原因。
2.较大压边力可以进一步抑制材料不均均流动,进而减小起皱波纹产生,但是筋对于材料流动的贡献是起主要作用的,并且过大的压边力会带来开裂问题。所以在分工上,筋产生产要的材料流动阻力,而压边面闭合约束起皱产生。
3.CAE分析软件要符合实际情况,不考虑筋挺举力会使分析结果与实际产生很大偏差。
4.可以使用物理筋模拟(需将筋单独作为一个工具体,以保证筋的三点单面接触),但会大副增加计算开销,并且物理筋调整存在困难。

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