基于回彈控制的蒙皮拉形工藝優(yōu)化研究

梅龍

摘 要：本文通過采用靜力隱式算法對拉形后蒙皮零件的回彈過程進行有限元模擬，研究了凹模拉形工藝參數(shù)對蒙皮零件回彈量的影響，為了防止板料夾鉗區(qū)域的拉裂、蒙皮零件的減薄過度與回彈量過大，優(yōu)化了凹?？v向拉形的工藝參數(shù)，為提高蒙皮零件質(zhì)量與外形精度奠定了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：靜力隱式算法；有限元模擬；拉形；工藝參數(shù)

中圖分類號：V260.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0035-01

1 蒙皮拉形過程的有限元建模

1.1 蒙皮零件結(jié)構(gòu)特點及成形工藝

大型機身蒙皮零件模型見圖1，零件材料為2A12-O。零件長度約8620mm，寬度弧長約1720mm。零件為雙曲度蒙皮，近似為大曲率圓柱曲面蒙皮。

雙曲度蒙皮零件一般采用拉形工藝，結(jié)合蒙皮尺寸及外形特點，該蒙皮采用凹?？v向拉形工藝。

1.2 蒙皮拉形過程的有限元建模流程

板料成形有限元模擬是一個極其復(fù)雜的非線性過程，涉及幾何非線性、材料非線性與邊界非線性。對于蒙皮零件拉形過程的有限元模擬，分析流程如下：

（1）根據(jù)蒙皮零件的數(shù)字化模型，在CAD軟件（CATIA V5）建立模具型面，模具圓角半徑為板料厚度的50倍，即170mm，并將模具型面導出；（2）將模具型面導入到CAE軟件（ABAQUS 6.11），建立毛坯模型[8]（長度為20000mm，寬度為1900mm），并定義材料模型、邊界條件與劃分網(wǎng)格，采用三角形或四邊形線性殼單元對板料和模具進行網(wǎng)格劃分（見圖2），由于飛機蒙皮零件尺寸很大、外形光滑，這里選取板料與模具的單元最大邊長為50mm，板料單元數(shù)為7600；（3）對于成形過程模擬，采用靜力隱式算法，提交數(shù)值計算；（4）查看模擬結(jié)果，包括相關(guān)的場變量信息或者歷史變量信息，分析蒙皮零件的位移、應(yīng)變、應(yīng)力、厚度等數(shù)據(jù)，評價蒙皮零件成形質(zhì)量，以對成形工藝進行優(yōu)化。

2 成形工藝參數(shù)對蒙皮零件回彈量的影響

為了研究拉形工藝參數(shù)對蒙皮零件回彈量的影響，采用不同的拉形工藝參數(shù)：縱向預(yù)拉伸量L預(yù)拉伸、拉伸模具運動高度H凹模、縱向補拉伸量L補拉伸，分析了蒙皮零件的回彈情況。由于蒙皮零件在縱向經(jīng)歷拉應(yīng)變，沿X方向的回彈量對蒙皮最終的尺寸精度的影響不大，因此，這里選取蒙皮零件上邊緣中心區(qū)的回彈量進行對比，分別比較了沿X、Y、Z方向的回彈量，如表1所示。從表中可以看出，X方向的回彈量基本上為0，這是因為研究選取的位置基本上在零件的對稱軸Y軸上。

綜上所述，為了防止板料夾鉗區(qū)域的拉裂、蒙皮零件的減薄過度與回彈量過大，優(yōu)化后的凹?？v向拉形工藝參數(shù)如表1所示。

3 結(jié)語

本文采用靜力隱式算法對拉形后蒙皮零件的回彈過程進行有限元模擬，并根據(jù)回彈量的數(shù)值預(yù)測。采用凹?？v向拉形工藝發(fā)現(xiàn)，隨著縱向補拉量的增加，蒙皮零件的回彈量明顯減小，但是考慮蒙皮零件減薄，甚至夾鉗區(qū)的拉裂，本文最終選取的凹模縱向拉形工藝參數(shù)為：縱向預(yù)拉伸量L預(yù)拉伸=140mm、凹模運動高度H凹模=180mm與縱向補拉伸量L補拉伸=80mm，對凹模型面進行工藝參數(shù)優(yōu)化，從而獲得較高的蒙皮零件質(zhì)量與外形精度。

參考文獻

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