搜索翻边系数及材料参数对空调面板成形的影响
2013-06-16 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线
圆孔翻边是冲压成形的一种基本工序,且是拉伸类冲压成形的典型工序之一。在圆孔翻边过程中,变形区材料在单向拉应力作用下,切向伸长变形大于径向压缩变形,导致材料厚度减薄,孔缘处厚度减薄最大,而且沿径向的应变分布是不均匀的,极易出现开裂,造成废品。空调面板零件是室外机的外壳件,材料为镀锌板,是典型的圆孔翻边成形方式,因此,开展圆孔酩边系数与材料参数之间关系的研究,对正确选用材料和提高产品质量具有重要的意义。
笔者采用动力显式有限元软件DYNAFORM对空调面板零件进行有限元分析,研究分析了圆孔翻边过程中翻边系数K与材料参数n和r值对成形的影响。
1研究方法及材料
1. 1有限元几何模型
有限元计算使用DYNAFORM软件,在前处理系统将模型IGS文件读人,分别建立凸模、凹模、压边圈和板料的几何模型,见图1。模具单元定义为刚性壳单元,采用自适应网格划分法,将单元划分为四边形网格,模具间隙=1.1t0(t0为原始板厚),凸模与板料的静摩擦因数μ1=0.2,动摩擦因数μ2=0.04。凸模运动速度=2000mm/s,压边力=50 kNo
1. 2材料模型及材料参数
根据Hill各向异性弹塑性模型的屈服准则,使用指数应变强化模型,其等效应力-应变关系为:
1. 3模拟研究方案
圆孔翻边时的变形程度用翻边系数K表示,公式如下
可以看出,K越小,翻边高度H越大。
根据某空调面板零件的实际尺寸,设计了五种翻边系数K值,选用四种材料及三种板料厚度的计算方案,翻边系数K与材料参数设定见表2。分别对其进行计算分析,得到翻边系数K与材料参数的关系。
2结果与分析
采用计算机仿真成形技术,通过模拟板材成形行为,对模具与板材之间的相互作用关系以及板材实际变形的全过程进行模拟计算,分析翻边变形过程中的板料厚度和最大应变的变化,以厚度减薄率和材料的成形极限来判断是否开裂。
2. 1翻边系数对成形的影响
面板零件变形的难易程度取决于翻边系数K值,K越小,成形难度越大。从式(2)中可以看出,当模具尺寸D。确定后,初始坯料的圆孔尺寸d。取值不同,翻边系数K值不同,因此对材料性能要求就不同。
图2-图4是模拟计算结果,图2和图3是材料2的不同K值与厚度减薄率和主应变的关系。图4是材料2不同K值和不同板厚时的二值与板厚减薄率的关系。可以看出,K越小,圆孔边缘区域的厚度减薄率和主应变越大,此处很容易开裂。在同样条件下,板料厚度增加可以降低减薄率,从而减少开裂,提高产品质量,但同时也增加了生产成本。根据图4可以对不同翻边系数的零件选择使用材料的牌号及厚度等参数,达到科学选材的目的。
2.2 材料参数对成型的影响
在零件翻边时,圆孔边缘上毛坯受单向拉应力,因此,其边缘的伸长变形应小于材料在单向拉伸时的伸长率。但由于毛坯变形区内伸长变形较小的邻区对具有最大伸长变形的边缘的影响,使后者的稳定性得到加强,因而翻边时毛坯边缘部分可能得到比简单拉伸时大的伸长应变,这样使得难以用伸长率来衡量材料的成形极限。计算机模拟结果表明,塑性应变比r值对零件成形极限的影响很大,能更好地量化翻边时材料的成形极限。所以,通过输人不同的r值,可以得到与实际相一致的计算结果。模拟结果表明,K值越小,要求材料的r值越大,选用材料牌号的级别越高。所以,在选材时应该以K值的大小来确定材料的r值。图5是r值与厚度减薄率的关系,可以看出,r值越大,厚度减薄越小,极限应变值也越小。因为较高的:值使板料在板面内比在板厚方向更容易变形,零件冲压时板厚不易减薄;相反r值较低,使钢板抵抗减薄能力差,板厚在危险部位容易减薄,不利于板料的拉深成形。
模拟结果表明,应变硬化指数。值对翻边成形的影响要远小于:值,总的来说,n值对翻边成形的影响很小,见图6。
2. 3有限元分析结果与实际测试结果的比较
应用ASAME应变测试分析系统对该面板零件进行实际测试,将有限元分析结果与实际测试结果进行比较,以检验仿真计算的准确性,结果见表3。实际冲压零件见图7,仿真计算的零件图见图8。结果表明,仿真计算结果与实际应变测试结果相符,两者吻合的较好,说明仿真分析过程中的建模、有限元前处理以及边界条件、工艺参数的确定是合适的。
3结论
(1)翻边系数越小,板料厚度减薄越大,要求材料的r值越大,选用材料牌号的级别越高。材料的r值越大,厚度减薄越小,极限应变值也越小。n值对翻边成形影响较小。
(2)根据建立的翻边系数与材料参数的关系,可以对空调翻边零件进行科学选材,同时也可以对模具尺寸的修改提出建议,达到提高产品质量的目的。
相关标签搜索：翻边系数及材料参数对空调面板成形的影响 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 Ansys培训 Abaqus培训 Autoform培训 有限元培训 Solidworks培训 UG模具培训 PROE培训 运动仿真
