[摘 要]起皺、破裂、壓偏、回彈一直是板制半彎管單件拉深難以攻克的成形缺陷；受管徑、轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎夾角、模具精度、毛料形狀等因數(shù)影響，往往多個(gè)相互矛盾的成形缺陷共存。目前半彎管單件拉深主要由于內(nèi)、外側(cè)展開毛料面積差異以及內(nèi)側(cè)邊毛料連接效應(yīng)；一般情況變形方式為管口外側(cè)兩端向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移，受內(nèi)、外側(cè)曲率差異影響難以預(yù)測(cè)內(nèi)側(cè)中部區(qū)域發(fā)生起皺或破裂；本文針對(duì)小轉(zhuǎn)彎半徑不銹鋼半彎管的成形難點(diǎn)，借助數(shù)值模擬分析優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了半彎管高質(zhì)量組合拉深成形。
　　[關(guān)鍵詞]半彎管、組合拉深成形、數(shù)值模擬。
　　中圖分類號(hào)：S283 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0065-01
　　1 引言
　　板制半彎管拉深成形涉及接觸摩擦狀況的大塑性變形力學(xué)過程，受法蘭區(qū)接觸面積差異以及受力不均壓偏等因素帶來影響，其成形起皺、破裂等缺陷預(yù)測(cè)難度極高。目前主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)粗略判斷，帶有很強(qiáng)的主觀性，往往采取試錯(cuò)糾正工藝參數(shù)法，在新研階段投入成本高、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大。隨著有限元法模擬技術(shù)計(jì)算精度不斷提高，在復(fù)雜鈑金件成形中已得到重視，有效解決了工藝設(shè)計(jì)過程面臨的成形缺陷預(yù)防與消除難題。
　　2 半彎管單件拉深難點(diǎn)
　　半彎管材料為00Cr18Ni10N，冷軋固溶狀態(tài)，厚度0.8mm，半徑49.2mm、內(nèi)轉(zhuǎn)彎半徑65mm、拐角90度。其制造難點(diǎn)體現(xiàn)如下：一是半彎管單件拉深毛料內(nèi)外兩側(cè)與壓邊圈接觸面積不同，受力不平衡容易壓偏（如圖3）；二是為了克服壓偏需要留較大成形余料，尤其高壓邊力且外側(cè)余料過大時(shí)，材料向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移補(bǔ)充阻力大，容易出現(xiàn)內(nèi)側(cè)根部破裂（如圖2）；三是減少壓邊力成形時(shí)，材料向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移補(bǔ)充過快，容易出現(xiàn)內(nèi)側(cè)上部起皺（如圖1）；四是為了減少起皺，一般采取在圖2所示端頭留一定余料包邊脹形變形方式防皺，包邊余料大小控制不當(dāng)容易產(chǎn)生圖1、圖2缺陷；五是包邊脹形方式防皺壓邊力不能太高，外側(cè)收邊塑性變形不充分容易起皺且回彈較大。因此一般采取較大展開毛料成形，操作過程根據(jù)經(jīng)驗(yàn)需要多次停頓漸進(jìn)成形、修邊緩裂、人工除皺等措施；生產(chǎn)效率、成品率低、對(duì)人員技能要求高。
　　3 工藝方案設(shè)計(jì)
　　3.1 組合模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　半彎管單件拉深成形時(shí)由于兩側(cè)的不對(duì)稱性受力不均勻，外側(cè)收邊容易起皺而內(nèi)測(cè)放邊容易開裂，且內(nèi)、外側(cè)壓邊面積不等容易壓偏。采用圖4左右件組合為S形狀的半彎管成形主要優(yōu)點(diǎn)如下：一是收邊、放邊變形相互補(bǔ)償，多料區(qū)可以向缺料區(qū)作補(bǔ)充轉(zhuǎn)移，同時(shí)緩解放邊開裂與收邊起皺問題；二是S形狀組合后兩邊展開面積相等可自動(dòng)防壓偏，有利最大限度減少法蘭區(qū)域余量；三是減少余量可降低收邊、放邊系數(shù)，有利進(jìn)一部增加法蘭區(qū)阻力，用于提高沿直徑切向拉力降低回彈。
　　3.2 展開毛料設(shè)計(jì)
　　展開毛料設(shè)計(jì)合理與否對(duì)拉深質(zhì)量、成品率，起到?jīng)Q定性作用；一般情況下小曲率半彎管展開毛料可以先按照成形前后弧長(zhǎng)與展開長(zhǎng)度相等原則估算，再在內(nèi)側(cè)增加大于外側(cè)余量即可。按上述原則展開毛料應(yīng)當(dāng)為近似S形狀；本次研究半彎管為實(shí)際生產(chǎn)中成形難度極限，實(shí)際上由于轉(zhuǎn)彎曲率大，考慮毛料變形補(bǔ)償，所需毛料與S形狀完全不符，精確計(jì)算難度很大。為了降低難度，借助數(shù)字模軟件，初步估算后根據(jù)如圖5所示毛料邊緣流動(dòng)量結(jié)合成形需要，采取多去少補(bǔ)方法即可得出如圖6所示形狀優(yōu)化展開毛料。最后將圖6形狀展開毛料的外形線雕刻到壓邊圈上，可避免放料位置不正確而導(dǎo)致模擬與實(shí)際操作出現(xiàn)較大偏差。
　　4 試模驗(yàn)證模擬結(jié)果
　　經(jīng)過多次模擬其理想效果如圖7、圖8。由圖7成形極限圖可以看出管壁大部分區(qū)域處于SAFE區(qū)域，且處于RISKOFCRACK線以下部分，證明變形安全系數(shù)較高，且沿管徑切向產(chǎn)生了塑性變形，有利于減少回彈。由圖8厚度云圖中數(shù)字可以計(jì)算出材料最大變薄率、增厚率分別約15.8%、4.5%，優(yōu)于行業(yè)成形規(guī)范允許極限值30%，10%，僅從圖7、圖8模擬結(jié)果足以證明半彎管組合拉深方案設(shè)計(jì)合理。按照上述模擬工藝參數(shù)試驗(yàn)效果如圖9，實(shí)現(xiàn)了一次精確拉深成功。對(duì)比圖7與圖9，圖7中管壁SAFE區(qū)域在圖9中表面光滑，圖7法蘭邊起皺區(qū)與圖9基本一致；經(jīng)切割后檢測(cè)與圖8厚度分布云圖對(duì)比，厚度誤差率可控制在4%以內(nèi)。經(jīng)過試驗(yàn)表明模擬與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果基本相符，其誤差主要由模具制造精度及板料厚度誤差等引起，但仍可滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。
　　5 結(jié)束語(yǔ)
　　半彎管S形狀組合為提高板料變形安全系數(shù)創(chuàng)造了有利條件；其優(yōu)勢(shì)于：①采用收邊、放邊變形相互補(bǔ)償?shù)氖芰Ψ绞�，可同時(shí)緩解放邊破裂、收邊起皺難題；②S形狀的組合可以確保兩側(cè)展開毛料面積相等，防止受力壓偏，減少成形毛料，提高形變安全系數(shù)；③可以再進(jìn)一部提高塑性變形拉深力，減少回彈。研究過程借助數(shù)值模擬技術(shù)，有效解決了工藝設(shè)計(jì)過程面臨的成形缺陷預(yù)防與消除難題。既驗(yàn)證了工藝方案設(shè)計(jì)的合理性；又實(shí)現(xiàn)毛料形狀等工藝參數(shù)優(yōu)化配合；確保拉深材料流動(dòng)、轉(zhuǎn)移過程可控性。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 《冷沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)制造》西北工業(yè)大學(xué)出版社李壽萱主編
　　[2] 《航空制造工程手冊(cè)·飛機(jī)鈑金工藝》航空工業(yè)出版社《航空制造工程手冊(cè)》總編委會(huì)主編
　　[3] 《沖壓工藝學(xué)》西北工業(yè)大學(xué)出版社吳詩(shī)淳何聲健編著
　　[4] 《板料成形CAE設(shè)計(jì)及應(yīng)用》北京航空航天大學(xué)出版社王秀風(fēng)郎利輝主編
　　作者簡(jiǎn)介
　　倪興屹（1980-09）男，貴州甕安縣，職稱：高級(jí)工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：鈑金成型。

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