摩擦保持對(duì)充液拉深成形作用的仿真分析

蘇海迪，彭永東，許元洪，苗明達(dá)

（廣西汽車(chē)零部件與整車(chē)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西科技大學(xué)，廣西 柳州545006）

0 引言

作為一種先進(jìn)的塑性成形技術(shù)，充液拉深具有一般拉伸和液壓拉伸的雙重特點(diǎn)[1]。因拉伸過(guò)程中的“摩擦保持”效應(yīng)和流體潤(rùn)滑效果，成形零件的厚度分布較為均勻，表面質(zhì)量較好[2]。因而板材充液拉深工藝在汽車(chē)工業(yè)、航空業(yè)以及電子元件制造業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注[3]。本文通過(guò)分析不同凸模摩擦系數(shù)下成形件壁厚變化情況得到其對(duì)充液拉深成形作用的一般規(guī)律。

1 建立有限元模型

充液拉深模型由凸模、壓邊圈、板件和凹模組成，如圖1所示為有限元模型，本文中將凸模、壓邊圈和凹模定義為剛體，板材選用DQSK-36，厚度設(shè)為2 mm，密度為 7.85 kg/m3，彈性模量為 207 GPa，泊松比為0.28，硬化指數(shù)為0.24.板材半徑R=65 mm，凸模底面半徑為15 mm，底端圓角為10 mm，高度為30 mm.原始板材單元個(gè)數(shù)為1 536個(gè)，模具單元個(gè)數(shù)為3261個(gè)。

圖1 筒形件充液拉深有限元模型

2 仿真結(jié)果分析

本章通過(guò)改變凸模摩擦系數(shù)，探討不同摩擦阻力產(chǎn)生的不同“摩擦保持”效果以及對(duì)成形件壁厚的影響規(guī)律，充液拉深過(guò)程中凸模以2 000mm/s的速度勻速下行，壓邊圈與板材、凹模與板材的摩擦系數(shù)均為0.01，壓邊力為20 kN，當(dāng)凸模摩擦系數(shù)為0.8時(shí)。筒形件的成形極限圖如圖2所示，零件處于安全區(qū)域，沒(méi)有發(fā)生破裂，成形質(zhì)量較好。

圖2 筒形件充液拉深成形極限圖

定義凸模摩擦系數(shù)分別為0.2、0.4、0.6和0.8，在0.02的充液拉深時(shí)間內(nèi)對(duì)零件最小壁厚和最大壁厚的值進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，得到如圖3所示壁厚曲線。

圖3 不同摩擦系數(shù)下成形件壁厚

從圖3中可以看出，隨著時(shí)間的進(jìn)行，筒形件的最大壁厚逐漸上升，最小壁厚逐漸下降。最大壁厚先平緩后劇烈，且四種摩擦系數(shù)下的最大壁厚曲線非常接近，最終值均為2.14mm左右。最小壁厚起始減薄相對(duì)劇烈，在0.002～0.01 s區(qū)間幾乎不發(fā)生變化，在0.01～0.014 s區(qū)間再次減薄劇烈，隨后到拉伸結(jié)束幾乎不發(fā)生改變。

3 結(jié)果與討論

從筒形件的充液拉深成形過(guò)程中可以看出，存在兩段減薄區(qū)間，分別位于成形的初始階段和接近結(jié)束階段。在第一段減薄區(qū)間內(nèi)，摩擦系數(shù)越大，最小壁厚下降越明顯；相反，在第二段減薄區(qū)間，摩擦系數(shù)越小，壁厚下降越明顯。

從不同摩擦系數(shù)對(duì)成形的影響結(jié)果來(lái)看，摩擦系數(shù)越大，壁厚分布越均勻，減薄率越小。當(dāng)摩擦系數(shù)為0.8時(shí)，最小壁厚為1.666 mm，最大減薄率為16.7%；當(dāng)摩擦系數(shù)為0.2時(shí)，最小壁厚為1.455 mm，最大減薄率為27.2%.由此可以得出，摩擦力越大，摩擦保持效果越好，最小壁厚越大，最大減薄率越小，提高零件壁厚分布的均勻性，保證成形件的質(zhì)量。

當(dāng)摩擦系數(shù)分別為0.2、0.4、0.6和0.8的四種情況下，摩擦系數(shù)為0.2、0.4和0.6時(shí)對(duì)成形結(jié)果的影響不明顯，當(dāng)摩擦系數(shù)為0.8時(shí)摩擦保持效果最好，成形效果最優(yōu)。

[1]趙升噸，楊玉海，王 驥.筒形件新型充液拉深的數(shù)值模擬及工藝機(jī)理分析[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2003，10（1）：65-70.

[2]周玉梅，雷君相.圓筒形件充液拉深皺曲和破裂極限的研究[J].熱加工工藝，2013，42（1）：87-90.

[3]Lihui Lang，Joachim Danckert，Karl Brian Nielsen.Study on hydromechanical deep drawing with uniform pressure onto the blank[J].International Journal of Machine Tool&Manufac ture，2004，44：495-502.