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(jìn)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(jiān)實(shí)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(xiàn)標(biāo)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(diǎn)及成形工藝

大型機(jī)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(diǎn)，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(gè)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(dǎo)出；（2）將模具型面導(dǎo)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(jìn)行網(wǎng)格劃分（見圖2），由于飛機(jī)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(jì)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(jià)蒙皮零件成形質(zhì)量，以對成形工藝進(jìn)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(yùn)動高度H凹模、縱向補(bǔ)拉伸量L補(bǔ)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(jìn)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?yàn)檠芯窟x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(jìn)行有限元模擬，并根據(jù)回彈量的數(shù)值預(yù)測。采用凹模縱向拉形工藝發(fā)現(xiàn)，隨著縱向補(bǔ)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?？v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(yùn)動高度H凹模=180mm與縱向補(bǔ)拉伸量L補(bǔ)拉伸=80mm，對凹模型面進(jìn)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(xiàn)

[1]李東升，羅紅宇，王麗麗，等.飛機(jī)蒙皮的數(shù)字化成形制造技術(shù)[J].塑性工程學(xué)報(bào)2009（2）：82-83.

[2]劉闖等.鈑金件數(shù)字化制造數(shù)據(jù)庫工程技術(shù)應(yīng)用案例集[M].國防工業(yè)出版社，2015.

[3]戚鵬.板料成形過程的回彈控制與工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D].山東大學(xué)碩士論文，2011.

[4]朱東波等.板料成形回彈問題研究新進(jìn)展[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2000，7（1）：11-14.

[5]朱寅.沖壓件回彈預(yù)測和補(bǔ)償?shù)慕馕鼋夥ㄑ芯縖D].華南理工大學(xué)碩士論文，2006.

[6]Makinouchi A. Sheet metal forming simulation in industry[J]. Journal of Matedials Processing Technology，1996，60（1-4）：19-26.

[7]Zhou D，Wagoner R H.Development and application of sheet-forming simulation[J].Journal of Materials Processing Technology，1995，50（1）：1-16.

[8]Rafael Sacks，Charles M Eastman， Ghang Lee.Parametric 3D modeling in building construction with esamples form precast concrete[J].Automation in Construction，2004（13）：291-312.endprint