摘要：基于DYNAFORM動力顯式有限元分析軟件，將數值模擬技術應用于s梁的坯料優化過程，研究了不同的毛 坯形狀、尺寸對s梁拉深的成形極限圖、厚度分布、減薄率的影響。通過對比分析不同的坯料成形模擬結果，確定較 為合理的毛坯形狀尺寸。研究結果表明：方式1是不可取的，而方式2能很好地成形出合格零件，最大減薄率為 16．6％，最大增厚率為1．8400。在法蘭處可以適當添加拉延筋以緩解起皺趨勢。 

關鍵詞：數值模擬；毛坯形狀；拉深；拉裂

毛坯形狀和尺寸的確定是板料深拉深成形的 一個重要前提。合理的毛坯外形可以提高拉深工 件的最小厚度，改善成形性能，隨著拉深高度的增 加，這種改善效果更加明顯[1]。此外，采用合理的毛 坯形狀，往往能夠使某些需要二次拉深才能成形 的制件，用一次拉深便可達到制件要求的高度瞳]。 由于板料沖壓成形技術的復雜性，單純采用試驗 或理論解析方法難以準確、高效地解決生產實際 問題，而隨著計算機和有限元技術的發展，成形過 程數值模擬精度有了很大提高，已成為研究板料 沖壓成形工藝的強有力的工具。 

本文以S梁的沖壓成形工藝過程為例，基于DYNAFORM軟件研究了沖壓成形工藝過程數值模擬 的實現。采用不同的板料形狀拉深，對比分析其成 形模擬結果，確定較為合理的毛坯形狀尺寸，并對 模具及工藝設計提供參考意見，對成形工藝合理 設計有著十分重要的指導意義。 

1零件毛坯形狀、尺寸的初步確定

零件毛坯形狀、尺寸的初步確定 S梁所用的材料是熱軋鋼DQSK，型號為36 號，料厚是imm，在UG中對零件的最終形狀進行建 模，零件的形狀如圖1所示。再輸出*igs格式文 件，然后在板料成形分析軟件中輸入幾何模型[3--N。 

為了能夠對比分析不同的坯料形狀、尺寸對成形結果的影響，從而通過對不同坯料形狀的S 梁拉深過程分析，尋求一種可行的坯料形狀，并對 拉深缺陷產生的位置及程度預測，提出模具、工藝 的設計意見。本文初步確定兩種毛坯，毛坯l的長 度為毛坯2的兩倍，兩者寬度一樣，如圖2所示。 

2計算模型

板材為DQSK鋼，36號類型，呈各向異性，平面 應力狀態，密度p=7．85T／m3，彈性模量E= 2．070000E+11N／m2，泊松比u=0．28；單元類型為 Belytschko—Tsay殼單元。模擬中模具劃分為剛性 單元，材料模型符合Barlat屈服準則，摩擦系數 設為0．1，符合庫侖摩擦定律。

幾何模型如圖3所示：均由凸模、凹模、壓邊 圈、板料組成。 

3計算結果 

3．1板料形狀1的計算結果

圖4是拉深過程中的板料厚度變化圖。可以 看出：成形開始時，在S梁兩端部直壁處材料開始 變薄，而在內角處及其周圍法蘭處材料增厚，如圖 4a所示。隨著凸模的下行，變薄及增厚的程度及 區域增加，拉深結束時，最厚處為1．14mm，最薄處 為0。557mm。 

圖5a為板料減薄率圖，可以看出：最大減薄 率為44．3％，最大增厚率為13．9％。 

圖5b是成形極限圖：可以看出：這種情況下， 在S梁兩端直壁處會出現拉裂，這是由于傳力區 材料受力過大，超出其抗拉強度，應將坯料長度再 適當減小；法蘭處及凸模底部出現起皺趨勢，這是 由法蘭區的變形狀況所致，而外法蘭區的金屬流 入凹模相對較緩，凸緣的切向壓應力超過了板材 的臨界壓應力，產生塑性失穩而起皺[6]。

圖6中1、2分別是凸模、壓邊圈所受的力：可 以看出：凸模在拉深時受力最大為400KN，壓邊圈 最大約為85KN。這對模具、工藝設計有指導意義。

3．2板料形狀2的計算結果 

幾何模型同板料形狀1的相同，只是坯料形 狀、尺寸有所改變。 

圖7是拉深過程中的板料厚度圖。可以看出： 成形開始時，在s梁外角處材料變薄，而在內角處 及其周圍法蘭處材料增厚，如圖7a所示。隨著凸 模的下行，變薄及增厚的程度及區域增加，拉深結 束時，最厚處為I．018mm，最薄處為0．834mm。 

圖8a為減薄率圖，可以看出：最大減薄率為 16．6％，最大增厚率為1．84％。

圖8b是成形極限圖：可以看出：這種情況下， 大部分區域都安全，不會出現拉裂，法蘭處出現起 皺趨勢。

圖9中l、2分別是凸模、壓邊圈所受的力。可 以看出：凸模在拉深時受力最大為1IOKN，壓邊圈 最大約為250KN，隨后一直平衡于200KN。這對模 具、工藝設計有指導意義。

4結論 

 由上述計算可以看出：方式1采用的板料形狀為依據一料兩件的形狀下料的，方式2為矩形 料。方式1是不可取的，因為出現拉裂，且起皺嚴 重，故不能采用該形式生產。而方式2能很好地成 形出合格零件，最大減薄率為16．6％，最大增厚率 為1．84％。在法蘭處可以適當添加拉延筋以緩解起 皺趨勢。通過數值模擬分析，可以在開模前確定只 能采用一料一件的方式生產，而成形過程中變薄 嚴重及有起皺趨勢處的直觀表現，也為實際生產 時工藝控制提供了指導意義。 

參考文獻 

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文章來源——金屬世界