DP600極限拉深有限元模擬技術(shù)研究

陳燦　馬智勇

摘 要：基于dynaform有限元軟件對DP雙相鋼的拉深行為進行了有限元仿真實驗研究，通過分析有限元不同成形條件下的壓邊力和沖頭力等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)拉深過程參數(shù)中的壓邊力、沖頭力等關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律，對實際工程生產(chǎn)設(shè)計具有很強的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：拉深實驗 有限元方法 DP鋼

中圖分類號：TG38 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（b）-0033-02

有限元模擬實驗可以反映不同等級鋼的拉深性能，眾多國內(nèi)外學(xué)者對拉深的有限元過程進行了研究[1-7]，如果外表面應(yīng)力超過FLC那么達到失效準則，發(fā)生局部頸縮。

該實驗方案是一個經(jīng)過半圓形凸模拉深的圓柱杯，依據(jù)現(xiàn)有FLC判斷未發(fā)生局部頸縮和破裂的測試。同時，假設(shè)壓邊力在整個實驗過程中是一個恒定的值。具體內(nèi)容分為判斷不同拉深率小板料的最大壓邊力。

1 仿真幾何模型和材料參數(shù)

所有的工具部件都由硬化工具鋼制造，HCR60，由摩擦學(xué)相關(guān)知識得到，在拉深過程中與板料接觸的的表面需平整光滑，或者拋光表面粗糙度不超過Ra=0.5um（沒有毛刺）。本實驗中使用的材料為雙相鋼（DP600 ZE）初始厚度為1.03mm。依據(jù)金屬材料手冊查得材料的摩擦和材料數(shù)據(jù)如下述表格。

預(yù)切板材需要加工到需要的尺寸。推薦使用每個板材靠近中心區(qū)的軋制方向。采用合適的網(wǎng)格模式來測量外表面的引力，最大網(wǎng)格半徑是5mm，2mm的網(wǎng)格也可以，人工或自動記錄結(jié)果。

板料利用超聲波處理或其他等效的方法經(jīng)過去油處理，每次拉深潤滑量約2g/m2，所有的實驗均需要潤滑。

2 有限元仿真模型建立

該文模擬所用的毛料直徑為150mm，160mm，170mm三種規(guī)格，板厚統(tǒng)一為 1.03mm，成型后零件直徑為100mm。按照拉深模具設(shè)計規(guī)則設(shè)計出模具，采用CATIA軟件建立模具，模具及毛料幾何模型。將上述模型導(dǎo)入Dynaform前處理系統(tǒng)建立三維幾何模型。其中，所有的仿真采用統(tǒng)一的凹模及凸模模型，采用CATIA建模數(shù)據(jù)導(dǎo)入，板料依仿真需求更改直徑尺寸。壓邊圈由凹模在Dynaform中偏移生成。建模過程中網(wǎng)格劃分尺寸參數(shù)為：凸模凹模最大尺寸30mm，最小尺寸0.5mm，板料最大尺寸 2.5mm，最小尺寸0.5mm。模擬過程統(tǒng)一采用自動設(shè)置模式，依次設(shè)置板料，工具，工序，控制參數(shù)。圖1為劃分網(wǎng)格以及設(shè)置后的仿真模型。

定義板料為彈塑性材料，采用材料庫中的materials type36號材料模型，仿真過程中，凸模速度設(shè)定為2000m/sec，壓邊力依據(jù)實驗一仿真要求設(shè)定。實驗一依次設(shè)置壓邊力，根據(jù)成形情況找到最大壓邊力。

3 仿真結(jié)果與分析

仿真所得結(jié)果如下。

（1）為確定拉深率為1.7時的最大壓邊力，對直徑為170mm的板料進行多次拉深實驗，以板料發(fā)生頸縮或破裂時的壓邊力為最大壓邊力。圖2為沖壓力為150KN、170KN、180KN時材料成型情況。

（2）同理，為確定拉深率為1.6和1.5時的最大壓邊力，分別對直徑為160mm和150mm的板料進行多次拉深實驗，以板料發(fā)生頸縮或破裂時的壓邊力為最大壓邊力。最終結(jié)果總結(jié)為：拉深率β=1.7，最大壓邊力180KN；拉深率β=1.6，最大壓邊力219KN，拉深率β=1.5，最大壓邊力170KN；

3.1 最大壓邊力

將仿真得到的拉深率為1.5，1.6，1.7時的最大壓邊力與實驗值對比如圖4及圖5，最大壓邊力的實驗值隨著拉深率的增加而降低，模擬值中拉深率為1.6和1.7時與實驗值吻合較好，拉深率為1.5時，與實驗值出現(xiàn)較大偏差，仿真中參數(shù)設(shè)置或?qū)嶒炛袑嶒灄l件的改變都有可能導(dǎo)致此類誤差。

3.2 最大沖頭力

將仿真得到的拉深率為1.5，1.6，1.7時的最大沖頭力與實驗值對比如圖5及圖6，由實驗均值與模擬結(jié)果的線形圖可以看出，實驗與模擬較符合。可以看出隨著板料直徑的增大，實驗過程中最大的沖壓力也增大。

4 結(jié)語

通過建立板料拉深的有限元模型，本文成功的模擬了板料拉深過程中的變形過程，并通過分析拉深過程參數(shù)中的壓邊力、沖頭力等關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢，驗證了模型的可靠性，為拉深理論的后續(xù)研究打下了基礎(chǔ)。

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