椭圆盒拉深成形的数值模拟Ξ
林启权1,2, 宁智群1, 赵 雄1
(1.湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭411105
2.华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室,武汉430074)
[摘要] 在板料的冲压成形过程中,应变硬化化指数n和厚向异性系数r是两个重要的材料力学参数.采用DYNAFORM软件通过对椭圆盒的拉深成形过程进行数值模拟,研究了应变硬化化指数n和厚向异性系数r对零件成形性能的影响.关 键 词:拉深;数值模拟;DYNAFORM;应变硬化化指数n;厚向异性系数r;成形性能
中图分类号:TG386 文献标识码:A 文章编号:10005900(2005)02013606
NumericalSimulationoftheDrawingprocessof
theEllipticalBox-likeDrawnPart
LINQi-quan, NINGZhi-qun, ZHAOXiong(1.CollegeofMechanicalEngineering,XiangtanUniversity,Xiangtan,411105China;
2.HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074China)
【Abstract】 Strainhardeningindexnandcoefficientofnormalanisotropyraretwoimportantmechanicsparametersof
materialsinthestampingprocess.ByusingprogramDYNAFORMtosimulatethedrawingprocessoftheellipticalbox-
likedrawnparts,effectontheformabilityofsheetmetalpartsofnandrwasstudied.
Keywords: numericalsimulation;DYNAFORM;strainhardeningindexn;coefficientofnormalanisotropyr;form2
波纹管成形过程的数值模拟
摘要：波纹管的成形是管坯在压缩和弯曲的应力下的弹塑性变形，变形过程既有材料非线性还有几何非线性，变形过程较为复杂，同时也会引起管坯的回弹、破裂等问题。该文通过有限元软件ANSYS，仿真分析波纹管的成形过程，模拟出波纹管成形过程中应力分布情况以及波纹管的成形极限，为指导和优化成形工艺提供重要的分析依据。
关键词：波纹管；数值模拟；成形过程；ANSYS
波纹管成形方式有液压成形、机械成形和焊接成形等多种方式，本文研究波纹管液压成形的数值模拟。波纹管液压成形是把管坯放入模具内，将液体充入管坯空腔中，然后液压机压缩管坯里面的液体，使管坯的部分直径胀大，最后贴靠模具得到需要的波纹尺寸和形状[1]。
波纹管的成形过程是一个大挠度、大变形的塑性变形过程，管坯在拉伸和弯曲的复杂应力状态下的塑性流动、塑性强化问题[2]。波纹管的成形过程是一个复杂的多体接触的力学分析问题，要比较精确地解决成形过程中大位移大变形的弹塑性问题，就要考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的影响，来解决波纹管成形过程中的应力应变分析。
1. ANSYS模拟波纹管成形过程
1.1.模具的简化
由于波纹管的结构和受力都具有轴对称性，因此在对波纹管进行受力分析过程中对成形模具要进行适当的简化，不考虑模具在力和约束下的形变，不考虑模具和管坯之间受到的接触应力，把模具简化为波纹管状的不锈钢管套。
1.2.波纹管的参数和单元选择
用有限元方法分析管坯受到的力和约束，首先要选择计算模型和单元类型，计算模型采用平面轴对称模型、三维实体模型等，单元可以采用轴对称单元和梁单元，也可以采用空间壳单元来分析管坯的应力应变情况。
3.结果讨论
3.1.波纹管的成形属于弹塑性变形，分析其强度不宜采用屈服强度为界限，应该采用材料的极限强度，波纹管的有效应力应小于材料的极限强度。
3.2.在曲率半径较大的两侧等效应力较小，在曲率半径较小的两侧出现应力集中。当应力值超过管坯材料的极限强度时，波纹管将在该区域的表面开裂[5]。
SPCC板材冲压成形过程的数值模拟
SPCC板材是一种优质的低碳钢板材，常用于制作汽车钣金、电器外壳等产品。其具有良好的加工性能，但冲压成形过程中容易出现变形和裂纹等问题。为了提高产品质量和生产效率，数值模拟成为一种重要的工具，可以帮助设计者优化冲压工艺和工装结构。
数值模拟的基本原理是根据材料力学特性和变形规律，通过计算机模拟来预测材料在冲压成形过程中的变形、应力和应变等参数，从而评估产品的质量和可行性。下面我们以SPCC板材的冲压成形为例，介绍其数值模拟的过程和方法。
一、建立模型
数值模拟的第一步是建立三维几何模型，包括产品形状、工艺参数、材料性质等要素。在SPCC板材的冲压成形中，常见的产品包括箱体、盖板、底板等，需要根据不同产品的尺寸、形状和工艺要求来建立几何模型。同时，需要设置材料参数，如杨氏模量、泊松比、屈服强度等。
二、网格划分
建立几何模型后，需要将其转化为数值网格模型，也称为离散化。这一过程主要是将复杂的几何体划分成数个小体积或小面积，以便于数值计算和求解。网格划分的密度和精度决定了数值模拟的精度和速度。通常，高精度的模拟需要更密的网格划分，但也会增加模拟时间和计算量。
三、建立物理模型
在网格划分后，需要建立材料的物理模型，包括材料的本构模型和材料的本构参数。本构模型是描述材料变形和应力关系的数学模型，常见的本构模型包括各向同性模型、非各向同性模型和弹塑性模型等。用来描述SPCC板材的本构模型可以使用各向同性的屈服准则或者分段屈服的本构模型。
四、施加载荷和边界条件
载荷是指在冲压成形过程中施加在材料表面的力和压力，这些载荷包括空气压力、上下模压力和侧向引伸力等。边界条件是在数值模拟中必须考虑的约束条件，它们可以限制材料在变形过程中的位移、速度和加速度等。通常，边界条件包括定位销、卡位、滚动辅助和止口等。
五、数值计算和分析
完成模型建立和载荷设置后，就可以进行数值计算和分析。该过程一般采用有限元分析（FEA）软件来完成，例如ABAQUS、ANSYS等。在数值模拟过程中，可以通过分析模拟结果来优化冲压工艺和工装结构，以提高产品质量和生产效率。同时，还可以评估材料的强度、变形和裂纹等受力特性，为产品的设计和生产提供科学依据。
ZL201合金半固态压铸成形过程数值模拟
李涛;张博彧;王鹏;王冠州;卢仕琦;王平
【摘 要】为了解半固态压铸过程中浆料充型规律及其流动特点,本文采用AnyCasting铸造仿真软件特有的半固态触变功能模块(Bingham粘度模型)对半固态ZL201铝合金的触变充型过程进行数值模拟,研究慢、快压射速度及切换时间对半固态触变压铸充型过程的影响,对最优充型条件下的铸件微观组织及力学性能进行模拟研究,并进行试验对比.数值模拟结果显示,ZL201合金半固态触变压铸成形在浆料温度600℃、模具温度240℃时、低速压射速度0.1m/s、且在1.5s后进行速度切换、高速压射速度为l m/s时,所得铸件维氏硬度最大可达72HV,平均抗拉强度为208 MPa.按照该工艺条件成型的成形件显微组织致密,测得其平均抗拉强度为212.5 MPa、平均硬度值为70.8HV,性能较高,与模拟结果符合较好.
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2018(026)005
【总页数】5页(P54-58)
【关键词】Anycasting;半固态触变压铸;压射速度;晶粒尺寸;维氏硬度;抗拉强度
【作 者】李涛;张博彧;王鹏;王冠州;卢仕琦;王平
【作者单位】材料电磁过程研究教育部重点实验室(东北大学),沈阳110004;材料电磁过程研究教育部重点实验室(东北大学),沈阳110004;材料电磁过程研究教育部重点实验室(东北大学),沈阳110004;材料电磁过程研究教育部重点实验室(东北大学),沈阳110004;材料电磁过程研究教育部重点实验室(东北大学),沈阳110004;材料电磁过程研究教育部重点实验室(东北大学),沈阳110004 【正文语种】中 文
【中图分类】TG249
铝合金的触变压铸是目前研究和应用最多的触变压铸工艺，早在20世纪70年代初期，就进行了半固态铝合金触变压铸实验[1-3].经过半固态触变压铸成形，成型件中的缩孔、气孔等显微孔洞很少，零件可进行热处理强化[4]；零件的成分、组织和性能很均匀，可实现近终化成形和大幅度减少机加工量.因此，铝合金触变压铸在汽车及其他工业得到较大规模的实际应用[4-5].目前，人们对半固态成型技术已进行了大量研究[6-8]，并取得了许多卓有成效的成果[9-12]，但对于半固态压铸过程中浆料充型规律、流动特点等尚缺乏系统深入的了解.为此，本文采用AnyCasting铸造仿真软件特有的半固态触变功能模块(Bingham粘度模型)对半固态ZL201铝合金的触变充型过程进行数值模拟[13-14]，研究慢、快压射速度及切换时间对半固态触变压铸充型过程的影响，对最优充型条件下的铸件微观组织及力学性能进行模拟研究，并进行试验对比，以期为半固态成型技术的深入研究奠定实验基础.
