分析拉彎成形的數(shù)值與工藝優(yōu)化

胡奇

（中車長春軌道客車股份有限公司沖壓件分公司，吉林長春130000）

分析拉彎成形的數(shù)值與工藝優(yōu)化

胡奇

（中車長春軌道客車股份有限公司沖壓件分公司，吉林長春130000）

拉彎屬于塑性彎曲成形重要工藝之一，在汽車以及飛機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，是社會(huì)各界關(guān)注的重要工藝，而業(yè)界人士也一直在對(duì)拉彎成形工藝進(jìn)行著研究。文章也將從拉彎成形數(shù)值與工藝優(yōu)化兩部分內(nèi)容入手，對(duì)該項(xiàng)工藝展開分析，旨在提高工藝整體水平，保證國民經(jīng)濟(jì)增長穩(wěn)定性。

數(shù)值模擬；拉彎成形；施工工藝；試驗(yàn)分析

所謂拉彎，指的就是毛料在進(jìn)行彎曲過程中，對(duì)其施加切向拉力，使其截面內(nèi)應(yīng)力發(fā)生改變，成為拉應(yīng)力的材料彎曲成形工藝。該項(xiàng)工藝與其他工藝相比，有著工藝方法較多、彎曲度較為精準(zhǔn)、表面質(zhì)量理想以及柔性制造等方面的特點(diǎn)，優(yōu)勢相對(duì)較為突出。為保證該項(xiàng)工藝的使用質(zhì)量，相關(guān)人員需要對(duì)工藝具體使用方式以及優(yōu)化方式進(jìn)行明確，以確保其具有的優(yōu)勢能夠完全發(fā)揮到實(shí)際型材加工之中。

1 拉彎成形數(shù)值

（1）解析計(jì)算。隨著業(yè)內(nèi)人士對(duì)于拉彎成形的不斷研究，多種解析計(jì)算方式開始出現(xiàn)。有學(xué)者研究得出，可以通過對(duì)U形截面梁拉彎過程進(jìn)行分析，建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，相關(guān)人員可以通過模型直觀預(yù)測到梁截面材料特性與幾何形狀，可以對(duì)拉彎件形狀與成形荷載影響進(jìn)行明確，以便做出相應(yīng)調(diào)整；有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)拉彎成形計(jì)算，可以對(duì)7075鋁板殘余應(yīng)力與彈性回彈數(shù)值進(jìn)行明確；而有的學(xué)者提出，通過設(shè)置板料拉彎數(shù)學(xué)模型，分析材料性能，可以對(duì)殘余應(yīng)力、成形力以及工件最終形狀等影響因素進(jìn)行明確。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)者的研究思路都是按照型材內(nèi)部需要，對(duì)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，會(huì)通過解析計(jì)算的方式，對(duì)出回彈量表達(dá)方式進(jìn)行推導(dǎo)，從而得到拉彎工藝與模具半徑計(jì)算方式，并會(huì)將這些公式用于實(shí)踐之中。但解析計(jì)算方式具有一定局限性，通常只能用于簡單型截面形狀型材拉彎工序之中。

（2）試驗(yàn)分析。試驗(yàn)分析方式在使用過程中，會(huì)將軸向拉力與加載方式作為模型制作參數(shù)，并會(huì)將截面畸變與回彈等設(shè)置為響應(yīng)參數(shù)，結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)方式，展開試驗(yàn)。進(jìn)而通過試驗(yàn)，明確模型參數(shù)和響應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，以便開展后續(xù)工序。在試驗(yàn)分析之中，最重要的就是對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行獲取，這也是技術(shù)人員需要重點(diǎn)注意的問題。

（3）數(shù)值模擬。數(shù)值模擬會(huì)通過對(duì)限元分析軟件的借助，對(duì)拉彎過程數(shù)值模型進(jìn)行構(gòu)建，會(huì)通過雙向拉伸以及單軸拉伸試驗(yàn)，對(duì)材料性能參數(shù)進(jìn)行明確，并將其輸入到有限元模型之內(nèi)，進(jìn)而明確模型參數(shù)與響應(yīng)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。

業(yè)內(nèi)學(xué)者通過對(duì)三維彈塑性有限程序的運(yùn)用，對(duì)鋁型材張臂式拉彎過程進(jìn)行分析，進(jìn)而得出相應(yīng)結(jié)論：①截面變形與弦板長細(xì)有著直接關(guān)聯(lián)；②在材料特性之中，各向異性是造成截面畸變的主要原因；③軸向力強(qiáng)度與應(yīng)變強(qiáng)化程度，會(huì)對(duì)彈性回彈形成直接的影響。同時(shí)其他學(xué)者通過對(duì)模型參數(shù)、響應(yīng)參數(shù)影響的分析，發(fā)現(xiàn)模具切向拉力與半徑會(huì)對(duì)最大靠模力形成直接影響，其中切向拉力屬于截面幾何形狀。同時(shí)預(yù)拉力、截面幾何形狀以及模具半徑是永久下陷現(xiàn)象發(fā)生主要影響因素，材料應(yīng)變強(qiáng)化特性與預(yù)拉力水平會(huì)對(duì)回彈量形成直接影響。

2 拉彎成形工藝優(yōu)化

文章將以S2F軟件為例，對(duì)拉彎成形工藝優(yōu)化進(jìn)行闡述。

（1）工藝優(yōu)化與模擬。“S2F”是以攝動(dòng)法為基礎(chǔ)，專門用于拉彎成形工藝模擬的軟件。通過該軟件對(duì)需要進(jìn)行優(yōu)化的工藝進(jìn)行模擬，可以直觀呈現(xiàn)出工藝在使用過程中存在的不足之處，例如可以通過應(yīng)變沿型材長度中分布狀況，對(duì)構(gòu)件各段應(yīng)變水平進(jìn)行明確，了解構(gòu)件回彈量以及變形量等數(shù)值，從而做出相應(yīng)優(yōu)化措施，以保證最終構(gòu)件質(zhì)量。同時(shí)通過軟件分析，可以對(duì)已經(jīng)成形的構(gòu)件最大應(yīng)變力以及最小應(yīng)變力進(jìn)行明確，并可以按照數(shù)值對(duì)材料成形極限進(jìn)行明確，這時(shí)技術(shù)人員能夠掌握構(gòu)件斷裂問題發(fā)生條件，進(jìn)而可以對(duì)構(gòu)件做出進(jìn)一步的分析，可以對(duì)工藝不合理之處進(jìn)行明確。

當(dāng)確認(rèn)工藝問題之后，技術(shù)人員便應(yīng)按照分析結(jié)果，對(duì)彎曲角度以及拉伸量等參數(shù)展開調(diào)整，并再次利用軟件進(jìn)行模擬。

（2）工藝驗(yàn)證。當(dāng)采用模擬優(yōu)化的方式獲得相應(yīng)模具數(shù)據(jù)之后，相關(guān)人員可以按照數(shù)據(jù)制作拉彎模具，并對(duì)其展開拉彎試驗(yàn)，以確保工藝優(yōu)化結(jié)果。在實(shí)際測量之中，本次優(yōu)化模具拉彎件輪廓形狀的誤差在0.5mm之內(nèi)，且小曲率半徑弧段內(nèi)，并沒有發(fā)生起皺問題，整體截面變形數(shù)值相對(duì)較低。這些可以證明，本次工藝優(yōu)化結(jié)果與相應(yīng)工藝標(biāo)準(zhǔn)相一致，優(yōu)化結(jié)果較為理想。

3 結(jié)語

鑒于拉彎成形工藝的重要性，業(yè)內(nèi)人士應(yīng)加大對(duì)該項(xiàng)工藝的研究力度，不僅要對(duì)拉彎方式適用范圍進(jìn)行明確，同時(shí)還應(yīng)對(duì)其工藝參數(shù)計(jì)算方式以及數(shù)值模擬計(jì)算方法等進(jìn)行掌握。要結(jié)合材料與工藝施工實(shí)際要求，合理對(duì)該項(xiàng)工藝進(jìn)行使用與計(jì)算，要通過建模等手段，明確工藝在實(shí)際開展過程中需要注意的事項(xiàng)與不足之處，以便技術(shù)人員可以有針對(duì)性的對(duì)工藝施工進(jìn)行改進(jìn)與開展，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)化施工模式，保證最終拉彎成形質(zhì)量。

［1］劉學(xué)之,張石磊,李世濤,劉純國,張學(xué)廣.中空鋁合金型材拉彎成形工藝研究［J］.鍛壓技術(shù)，2015，（5）：69-73.

胡奇（1986-），男，吉林長春人。