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轻合金型材弯曲回弹模拟

作者:Simwe    来源:佳工机电网    发布时间:2012-07-09    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

摘要:采用大型商用非线性有限元软件MSC.Marc 研究了轻量化结构件的弯曲成形工艺,分别建立了铝合金整体壁板增量弯曲、三辊滚弯成形工艺的三维弹塑性有限元模型和AZ31 镁合金型材温热绕弯成形工艺的三维热力耦合有限元模型,并成功地模拟了三种弯曲工件的成形和回弹过程。基于有限元计算结果,分析了弯曲成形过程中各种场量 的演变规律,研究了工艺参数对弯曲件回弹的影响,为弯曲工艺实验提供参考。
关键词:MSC.Marc;轻量化结构件;弯曲成形;回弹;数值模拟

轻量化结构件是航空航天、汽车、轨道交通等领域的一种重要零部件[1]。它们应用于航空航天领域,一方面可以明显降低重量,增加载重量;另一方 面,大量整体结构件的使用增强了零部件的强度和刚度,提高了性能、减少了零部件的数量、缩短了装配时间[2-3]。轻量化结构件应用于汽车交通领域,减轻 了车身的重量、降低了油耗和污染排放量。这些领域所使用的零部件为了追求整体的优越性能和提高气动力外形,往往需要将结构件弯曲成一定外形,这就需要采取 合适的弯曲工艺。但是,轻量化结构件大多属于多筋薄壁结构件,结构形式复杂,特别是弯曲成形过程中回弹现象不易控制,给实际生产应用带来很多困难 [4-8]。因此,为了获得高尺寸精度的弯曲结构件,有必要针对具体的结构件开展回弹现象研究[9-15]。有鉴于此,本文采用MSC.Marc 软件建立了铝合金整体壁板增量压弯、三辊滚弯成形工艺的三维弹塑性有限元模型和AZ31 镁合金型材温热绕弯成形工艺的三维热力耦合有限元模型,模拟了三种弯曲工件的成形和回弹过程,研究了工艺参数对弯曲件回弹的影响,为弯曲工艺提供参考。

1 有限元模型建立

按照弯曲工艺分别建立了增量弯曲铝合金整体壁板(材料:7075)、滚弯铝合金整体壁板(材料:2A12T4)与温热绕弯镁合金型材(材 料:AZ31)有限元模型,如图1 所示。整体壁板与镁合金型材在长、宽、高三个方向上的尺寸差异大,尤其是长度方向尺寸远大于其他两个方向的尺寸,因此几何模型的网格划分就比较困难。考虑 到三种型材的几何结构比较规则,采用单元建模方法能够有效地解决网格划分问题。单元建模方法的基本思想是使用单元直接构建几何模型,这样,当模型建立成功 后网格划分同时也就自动完成了,从而避免了在几何模型上再次进行网格划分这一过程。

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2 模拟结果分析

2.1 整体壁板增量弯曲

图2 为某型飞机网格式整体壁板高筋结构件沿压弯线方向各节点加载历史过程位移变化。从图2 中可以看到,各节点位移变化平稳均匀。结构件回弹幅度很大,塑性变形程度很小,这表明,整体壁板在实际成形过程中,需要较大的压下量才能获得具有一定曲率 半径的壁板,给加工带来了一定的困难。

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2.2 整体壁板滚弯成形

图3 为滚弯整体壁板的模拟结果。回弹率等于回弹后弯曲半径与回弹前弯曲半径的差值除以回弹前弯曲半径所得的值。随着压下量的增大,回弹前后的弯曲半径均减小, 回弹率也减小。压下量增大,整体壁板变形程度增加,塑性变形量增大,弯曲半径减小,弹性变形量占总变形量的比例减小,因此回弹率减小。

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