铝合金复杂变截面蒙皮拉形有限元仿真与试验研究

发布时间：2020-02-06 20:00

【摘要】：为改善铝合金蒙皮零件的成形质量,降低蒙皮拉形零件的生产成本,以VTL1000拉形机生产的某复杂变截面蒙皮零件为例,基于Dyna Form软件,对蒙皮拉形过程进行了有限元仿真研究。结合对仿真结果中蒙皮厚度和应变分布的分析,研究了相关工艺参数对蒙皮拉形的影响,并对传统的拉形方式进行了改进;结合该零件的结构特点,给出了一种最佳模具倾角参数的设计方法,可以进一步提高成形质量;最后,根据仿真结果,制定了该零件工艺方案,并通过试验验证了该工艺方案的可行性。
【图文】：

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1657mm×270mm×323mm，材料的力学性能如表1所示。W态为新淬火状态，具体为固溶热处理、淬火、自然时效不超过10min。由图1可知，该零件沿宽度方向曲率变化较大，包含较多的成形特征，如整体外凸、无内凹的特征，为典型的复杂变截面蒙皮零件。表17B04－W材料的力学性能Table1Mechanicalpropertyof7B04－W厚度/mm杨氏模量/GPa泊松比密度/(kg·m－3)屈服极限/GPa硬化指数n应变强化系数K/GPa1.572.980.3727000.4390.0840.6811.2成形设备试验设备为VTL1000型数控蒙拉机。该拉形设备为横纵一体数控拉形机，工作台的上顶力为10000kN，包含2套可以弯曲的夹钳组件，4个拉伸作动筒，3个模具工作台，4个托架和1个上压机图1蒙皮零件CATIA模型Fig.1CATIAmodelofskinpart构，辅助功能包括夹钳旋转和摆动;该设备机构动作包括:①托架平移，即托架沿导轨在X轴方向上运动;②U型臂俯仰，即U型臂相对于托架绕A1轴旋转;③拉伸杆伸缩，即拉伸杆相对于U型臂沿A2轴运动;④模具工作台上顶，即工作台沿Z轴运动。图2为VTL1000数控拉形机的机构示意图。图中的坐标系为本文假设的机床零点［3］。图2VTL1000数控拉形机机构示意图Fig.2StructuresketchofVTL1000CNCstretchformingmachine1.3工艺分析采用横拉成形的工艺，基于该零件的结构特征，并结合有限元仿真的可行性，在不影响仿真成形结果的条件下，对成形模具进行了相应的简化，设计模具模型如图3所示，其几何尺寸为1780mm×270mm×518mm。考虑拉形机VTL1000的工作范围、拉形过程和切边加工过程，决定采用尺寸为2100mm×1750mm的矩形毛料。结合零件的实际生产过程，选择两种拉形工艺，即“预拉－包覆－补拉”记为工艺1，“预拉－拉伸包覆－补拉”工艺记为工艺

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拉机。该拉形设备为横纵一体数控拉形机，工作台的上顶力为10000kN，包含2套可以弯曲的夹钳组件，4个拉伸作动筒，3个模具工作台，4个托架和1个上压机图1蒙皮零件CATIA模型Fig.1CATIAmodelofskinpart构，辅助功能包括夹钳旋转和摆动;该设备机构动作包括:①托架平移，即托架沿导轨在X轴方向上运动;②U型臂俯仰，即U型臂相对于托架绕A1轴旋转;③拉伸杆伸缩，即拉伸杆相对于U型臂沿A2轴运动;④模具工作台上顶，即工作台沿Z轴运动。图2为VTL1000数控拉形机的机构示意图。图中的坐标系为本文假设的机床零点［3］。图2VTL1000数控拉形机机构示意图Fig.2StructuresketchofVTL1000CNCstretchformingmachine1.3工艺分析采用横拉成形的工艺，基于该零件的结构特征，并结合有限元仿真的可行性，在不影响仿真成形结果的条件下，对成形模具进行了相应的简化，设计模具模型如图3所示，其几何尺寸为1780mm×270mm×518mm。考虑拉形机VTL1000的工作范围、拉形过程和切边加工过程，决定采用尺寸为2100mm×1750mm的矩形毛料。结合零件的实际生产过程，，选择两种拉形工艺，即“预拉－包覆－补拉”记为工艺1，“预拉－拉伸包覆－补拉”工艺记为工艺2。并通过有限元分析，确定拉形工艺的最终方案。该零件在蒙皮拉形过程中易出现起皱、粗晶和54锻压技术第41卷

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