数值模拟补偿回弹的模具型面设计 算例 31 1 有限元模型 模拟的冲压工件如图1 所示, 具有以下特点: ( 1) 工件曲率小, 成形时塑性变形不充分, 回弹较 大; ( 2) 工件尺寸小( 坯料尺寸100 mm @80 mm) , 可缩短数值模拟计算过程迭代时间, 便于在配置低的 微机上短时间内完成; ( 3) 金属板料成形时, 在压 边区域不会出现褶皱, 可避免分析褶皱问题; ( 4) YZ 截面呈U 型, 冲压件底部平面与压料面曲率相 同, 侧壁部分与XY平面有一定夹角。 图1 三维零件图 Fig1 1 T hree2dimen sional t arget part sh ape 由于工件形状对称, 在工件截面A- B ( x= 0) 处和截面A- C ( z= 0) 处的二维形状可代表整个 三维形状, 如图2 和图3 所示, 且有限元模型取整 体的1/ 4, 如图4 所示。单元类型为BT 壳单元, 板 料单元尺寸为11 0 mm@11 0 mm, 板厚方向积分点数 为5 个, 圆角处单元数为7 个, 应用3 参数Barlat 屈服 准则[ 4, 5] 。板料选用东北轻合金的铝板5754M, 其成分 及单向拉伸实验得到的材料性能参数见表1 及表2。 第5 期李文平等: 补偿回弹的冲压件模具设计方法 87 图4 成形模具和板料的有限元模型 Fig1 4 Finit e element model of forming tool s and the sh eet 表1 5754M 的化学成分 Table 1 Chemical composition of 5754M sheet 材料厚度/ mm 化学成分/ % C Si Mn P S Al N 5754M 11 0 - 01 4 01 5 - - - - 材料厚度/ mm 化学成分/ % Mg Cr Fe Zn T i Cu 5754M 1. 0 21 6- 31 6 01 30 01 40 01 20 01 15 01 10 表2 5754M 板料的性能参数 Table 2 Mater ia l properties of 5754M sheet 板材 取样方 向(b) 屈服强度 Rs / MPa 抗拉强度 Rb / MPa 强度系数 K/ MPa 弹性模量 E/ GPa 5754M 11 0mm 0 1011 6 2061 2 4421 1 621 0 45 1021 0 2031 2 4021 0 601 7 90 1031 3 2041 5 4031 5 591 7 Ave1 1021 2 2041 2 4121 4 601 8 板材 泊松比 M 硬化指数 n 厚向异性 系数r 面内异性 系数$ r 5754M - 01 01 31 2 循环计算及结果 首先, 对该冲压件进行成形) ) ) 回弹的有限元 数值模拟。模具形状和目标工件匹配, 完全成形时 的冲压件如图5 所示。冲压件的回弹预测结果如图 6 所示, 从图中可以看出, 回弹变形很不均匀, 工 件上D 处的回弹变形最大, 可达01 72 mm; 翼边 BD 和CD 回弹较大, 回弹量沿BD 边由B 点的 01 1mm到D 点增大至01 72 mm, CD 边回弹变形量 在01 5~ 01 72 mm 范围; 而AC 和AB 回弹变形较 小。成形工件与目标工件在A- B、C- D、A- C 和B- D 截面处的偏差如图7 和图8 所示。目标工 件和回弹后的工件形状对比如图9 所示( 为便于观 察, 此图的观察点取的是后侧) 。 其次, 为了减小工件的形状误差, 根据回弹计 算结果对模具形状进行了两次修正, 分别在三维建 模软件UG 中将回弹变形按50%和70%比例反向施 加到工件模型的结点坐标上, 得到修正后的工件形 状点云, 该点云在UG 中被用来生成片体。由于在 UG 中利用结点坐标点云形成片体时, 需要使用剪 88 锻 压 技 术 第32 卷 切面把点云外的多余片体部分剪除掉, 在CAD 模 型中会留有多余的剪切线; 同时, 在补齐凹模圆角 和板料支撑面时, 面与面之间的边线不一定共享, 所以为了便于划分单元网格, 有必要把CAD 模型 中多余的线删除掉, 一般采用Hypermesh 处理[ 6, 7] 。 但由于本算例CAD 模型较简单, 是在ANSYS/ LS2 DYNA 前处理中对CAD 模型进行处理, 再补上板 料的模型, 就得到了完整的CAD 模型。
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