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基于有限元仿真的铝合金钣金件橡皮囊精确成形工艺研究摘要:钣金零件精确成形技术是保证钣金零件质量，降低生产成本，提高生产效率的重要手段。
橡皮囊成形技术是钣金精确成形重要的方法之一。
该工艺具有以下优点：成形零件表面质量好、效率高、工装成本低，适合小批量、多品种的产品生产，在航空制造领域中应用十分广泛。
本文的重点是解决铝合金零件橡皮囊成形难题，将钣金零件毛料预示技术及有限元仿真技术运用于成形过程中，以期实现铝合金零件橡皮囊精确成形。
通过本文的研究，实现了典型铝合金钣金件的橡皮囊精确成形，研究成果将有助于指导飞机制造的实际工艺过程。
关键词：橡皮囊成形，铝合金，精确成形， PAM -Stamp仿真分析1 实施背景铝合金因其具有耐腐蚀性强、比强度高、疲劳抗力较高及切削加工性好，目前逐渐广泛应用于汽车、航空、航天、建筑、兵器、造船等工业领域，特别在航空工业中，铝合金零件是先进制造技术的重要标志。
对于成形方式，相比于冲压成形方式，橡皮囊成形具有可以成形复杂形状零件、减少模具数量、厚度分布均匀和回弹较小等优点。
相比于其他成形方式，橡皮囊成形具有自己独特的优势：一次可同时成形多个零件，生产效率高；模胎结构简单，只使用半模；零件的表面质量高，没有擦伤或划伤等，设备通用，工艺装备简单，调节方便，生产率高等。
但是橡皮囊成形也存在不少缺点：压力高，容框面积大。
橡皮成形机床的工作台面积和单位压力不断增大，最大压床现已超过1000MN, 成形机床的价格非常昂贵；成形后的零件还要整形；成形零件的高度有限制:橡皮使用寿命有限。
国内所有主机厂也都进口了先进的高压橡皮囊液压机，在硬件设备上并不落后，但制造能力还停留在较低的水平，主要体现在：1）零件成形的几何精度较低，影响后续装配。
如果用橡皮囊成形工艺生产的直弯边、曲弯边、浅拉深件等特征的零件，其成形后回弹明显。
按目前几何精度的要求，零件角度误差必须在 1～1.5°以内。
不管是退火态材料还是淬火态材料，采用此方法直接成形得到的零件的回弹误差均超过要求。
壳体注塑成型数值模拟及工艺研究示例文章篇一：《壳体注塑成型数值模拟及工艺研究：探索注塑世界的奥秘》注塑成型，这听起来好像是个挺专业、挺复杂的事儿，就像在黑暗中摸索着组装一个超级精密的机器一样。
我一想到这，心里就有点打鼓，哎呀，这得有多难啊？不过呢，今天咱们就来好好扒一扒壳体注塑成型数值模拟及工艺研究这个神秘的领域。
咱先说说壳体。
这壳体啊，就好比是手机的外壳，或者是汽车的某个零部件的外皮，是个很重要的东西。
它得有一定的强度，还得长得好看，就像人穿衣服得又结实又漂亮一样。
那怎么才能做出这样的壳体呢？这就轮到注塑成型上场了。
注塑成型，简单来讲，就是把塑料熔化了，然后注射到模具里，等它冷却凝固，就变成我们想要的形状了。
这就像做蛋糕，把面糊倒进模具里，然后烤一烤，一个蛋糕就成型了。
可是，这注塑可不像做蛋糕那么简单。
这里面有好多的门道呢。
数值模拟就像是注塑成型的军师。
为啥这么说呢？你想啊，在实际操作注塑之前，如果我们能在电脑上模拟一下这个过程，就像军事演习一样，那得多好啊。
比如说，我们可以知道塑料在模具里是怎么流动的，是不是每个角落都能跑到，会不会有空气被困在里面。
就像水在管道里流动，如果有个弯儿，水能不能顺利过去呢？这数值模拟就能告诉我们答案。
在这个数值模拟的世界里，有好多因素要考虑。
比如说材料的特性。
不同的塑料就像不同性格的人。
有些塑料很温顺，容易流动，就像性格开朗的人，到哪儿都能和别人打成一片。
而有些塑料就比较倔强，不太好让它流动，就像那种比较内向、固执的人。
我们得了解这些“性格”，才能在模拟中准确地设置参数。
还有模具的设计，这模具就像一个房子的框架。
房子盖得好不好，框架很重要。
模具要是设计得不合理，塑料在里面就像人在一个歪歪扭扭的房子里走路，到处碰壁，根本不能顺利成型。
那怎么设计好模具呢？这又得靠数值模拟了。
我们可以通过模拟看看哪里有问题，然后像装修房子一样，调整这个模具的设计。
工艺参数也是个关键的因素。
液压成形摘要：液压成形是一种先进的塑性成形技术，是利用液体介质代替凸模或凹模，靠液体介质的压力使材料成形的一种加工工艺。
液压成形技术不但能成形复杂零件还能够提高零件质量减少成形工序降低加工成本特别适合于小批量零件的加工生产。
关键字：管件液压成形. 液压胀形. 板材液压成形.1概述现代工业产品由大批量向多品种和中小批量方向发展。
对于批量小、尺寸多变的复杂形状板材零件，采用传统冲压方法成形时，模具设计、制造与调试需要消耗大量的人力、物力与时间，很难适应现代化发展的需要。
这就迫切需要研究一种新的柔性生产方法，达到既降低成本又缩短制造周期的目的。
液压成形技术正是在这种背景下提出来的液压成形是一种先进的塑性成形技术，是利用液体介质代替凸模或凹模，靠液体介质的压力使材料成形的一种加工工艺。
它能够改善工件内部应力状态，提高板料的成形极限，成形形状复杂的零件，且成形件质量好、精度高、回弹小，具有传统拉深无法比拟的优越性。
液压成形技术不但能成形复杂零件还能够提高零件质量减少成形工序降低加工成本特别适合于小批量零件的加工生产。
液压成形技术早在20世纪40 年代就被用于汽车制造业。
如果按照加工过程的特点,可以分为管件液压成形技术、板料液压成形技术等2 管材液压成形2.1管材液压成形的历史及原理管材液压成形起源于19世纪末, 当时主要用于管件的弯曲。
由于相关技术的限制, 在以后相当长一段时间内, 管材液压成形只局限于实验室研究阶段, 在工业上并未得到广泛应用。
但随着计算机控制技术的发展和高液压技术的出现,管材液压成形开始得到大力发展。
上世纪90年代, 伴随着汽车工业的发展以及对汽车轻量化、高质量和环保的要求, 管材液压成形受到人们重视, 并得到广泛应用。
管件液压成形是以金属管材为毛坯，借助专用设备向密封的管坯内注入液体介质，使其产生高压，同时还在管坯的两端施加轴向推力，进行补料，在两种外力的作用下，管坯材料塑性变形，并最终与模具型腔内壁贴合，得到形状与精度均符合技术要求的中空零件液压成形原理如图1 所示图1 管件液压成形原理示意图当零件轴线不是直线模腔分模面处截面小于管坯截面时，需进行弯管冲压等预工艺，以便管坯能顺利置入模腔中，如有必要，在液压成形之前还需进行退火处理2.2管材液压成形优点：与传统的冲压焊接工艺相比，管件液压成形工艺具有以下优点:(1 ) 减轻零件质量，节约材料; (2 ) 提高零件的强度和刚度，特别是疲劳强度; ( 3) 减少零件数量节约模具成本；(4) 零件整体成形，可减少后续机械加工和组装焊接量，简化生产流程，提高生产效率; (5) 提高加工精度，减少装配误差积累，可提高产品质量; (6)降低生产成本; (7) 结构形状设计更趋灵活优化。
锅炉弯管缠绕式冷弯成形工艺及其回弹的数值模拟
杜长城;王俊翔;陈杰富;李映辉
【期刊名称】《四川大学学报（工程科学版）》
【年(卷),期】2008(040)006
【摘要】建立了锅炉弯管缠绕式冷弯成形的有限元数值模拟模型,对管子绕弯成形工艺的预压变形补偿、缠绕弯曲成形和释放模具后的回弹三个阶段进行了系列全面的模拟计算.分析得到了管子弯曲后的应力及塑性应变分布特点,管子弯曲椭圆度和减薄率随着顶镦力和预压量等不同弯制参数的变化规律,管子壁厚对弯曲成形质量的影响,管子弯曲成形的回弹特性等.研究表明:弯曲应力主要集中在弯曲起弯段;对于一定的管子规格存在顶镦力的一个最优值,使得管子的弯曲质量最为理想;相对壁厚大的管子弯曲质量较好;管子回弹角约为0.05rad,相对壁厚对其无明显影响.
【总页数】5页(P75-79)
【作者】杜长城;王俊翔;陈杰富;李映辉
【作者单位】西南交通大学,力学与工程学院,四川,成都,610031;东方锅炉集团股份有限公司,锅炉研究所,四川,自贡,643001;东方锅炉集团股份有限公司,锅炉研究所,四川,自贡,643001;西南交通大学,力学与工程学院,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】TG316.1+4
【相关文献】
1.船体外板冷弯成形回弹数值模拟关键技术研究 [J], 何新英
2.凸弯边零件液压橡皮成形回弹数值模拟分析 [J], 吴娜;韩志仁;詹庆西;万世明;江开林
3.大曲率凸弯边零件橡皮囊液压成形工艺的数值模拟 [J], 王福东;陈明和;熊杰
4.弯管工艺中回弹,伸长和成形半径的确定方法 [J], 胡勇;王呈方
5.数值模拟参数和工艺参数对板材成形回弹影响的研究 [J], 张立力;齐恬;戴映荣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
精密模具冲压成形过程数值模拟研究随着制造业的不断发展，精密模具在汽车、电子、军工等领域的应用越来越广泛。
精密模具的制造是一个高度复杂的过程，需要涉及设计、制造、检测等多个领域，而其中的成形过程更是至关重要。
为了提高精密模具成形过程的质量和效率，数值模拟技术成为了研究的热点之一。
一、成形过程的数值模拟方法成形过程的数值模拟可以通过有限元方法（FEM）、有限差分方法（FDM）、边界元方法（BEM）等多种方法实现。
其中有限元方法是应用最广泛的一种方法。
在有限元方法中，系统的物理平衡方程通过离散和简化后，可以用一个线性或非线性的方程组来表示。
这个方程组可以通过计算机算法求解，取得数值解析结果。
有限元方法可以很好地处理复杂的边界（如几何结构的不规则形状、多重边界等）和材料非线性的问题，比较容易实现对成形过程的领域分割。
二、精密冲压过程数值模拟的关键技术1、材料塑性本构模型精密模具的冲压成形过程中，材料在高应变率和复杂载荷下发生塑性变形，因此需要选择适合的材料塑性本构模型来描述材料的力学行为。
常用的材料塑性本构模型有韧性本构模型、屈服准则模型、弹塑性本构模型等。
在精密冲压过程数值模拟中，采用适合具体情况的材料塑性本构模型可以提高计算结果的精度和可靠性。
2、模具非线性接触模型冲压过程中，模具会受到较大的变形，产生接触变形，影响到冲压工件的变形，因此需要考虑模具和工件之间的接触模型。
一个好的接触模型可以更准确地描述工件变形的情况，对于精密成形过程尤为重要。
3、网格划分和适应性分析冲压过程中，随着受力部位的变化，变形程度也不同，这使得网格的分布不够均匀，影响计算精度。
因此，一个好的网格划分和适应性分析方法对于提高数值模拟的精度非常重要。
4、求解器和并行计算成形过程的数值模拟通常需要较大的计算量，对于计算效率的提升，需要选用合适的求解器和并行计算方法。
使用快速求解器和多处理器技术可以大幅缩短计算时间，提高计算效率。
橡皮成形的有限元模拟
徐作文
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2006(035)003
【摘 要】应用非线性有限元分析软件MSC.Marc对侧压块凸弯边橡皮成形进行模
拟,分析和预示起皱的原因,研究了侧压块对橡皮成形的影响,得出了侧压块设计的一
些规律,为凸弯边橡皮成形侧压块的设计提供了有用的参数,同时也表明数值模拟的
可行性与科学性.
【总页数】4页(P78-81)
【作 者】徐作文
【作者单位】南京航空航天大学,机电学院,江苏,南京,210016
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ336.6;T0242.1
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1.橡皮囊成形的有限元模拟 [J], 梁明刚;陈磊
2.2024-W铝合金零件橡皮囊成形及其有限元模拟研究 [J], 涂集林;王永军;魏生民;
吴建军
3.基于PAM-STAMP2G的钛合金钣金零件橡皮囊成形有限元模拟 [J], 刘垒;孙志
宏;庄璐玮;徐友均;申发兰
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因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
实验报告塑性成型过程的数值模拟班级：机自07姓名：欧阳罗辉学号：100111702012年12月一、实验目的：通过本实验的教学，使学生基本掌握有限元技术在板料塑性成形领域的应用情况，拓宽学生的知识面，开阔视野，使学生对塑性成形过程的数值模拟技术有深刻的理解，预测板料弯曲成形的性能。
二、教学基本要求：学会使用Dynaform数值模拟软件进行板料弯曲成形过程的仿真模拟，对模拟结果具有一定的分析和处理能力。
三、实验内容提要：掌握前处理的关键参数设置，如零件定义、网格划分、模型检查、工具定义、坯料定义、工具定位和移动、工具动画、运行分析。
了解后处理模块对模拟结果的分析，如读入d3plot 文件、动画显示变形和生成动画文件、成形极限图分析、坯料厚度变化分析等。
四、软件操作过程:1.导入压边圈、板料、下模板、上模板图形文件点击File —Import，出现Import File 对话框，找到“ L型弯曲零件图”选中binder.igs,点击Import，如此，依次导入四个模型文件，最后点击“确定”确认四个模型导入后，结果如图Fite- Parts- Pre§)rocE3B DFE 単E5eiLp SCF Toob Qplxxt UUM IH Yew Analyss FtosIProceH Het□fea 呦越超曲.i 制倒翅制则④朋叫面h 1回哦间谢佃创初斜划’•2. 重命名文件点击PartLEdit ，出现Edit Part 对话框，这里便要依次更改文件名。
cOOIvOOO 1 ”，在上面的 Name 对话框中输入 binder ,然后点击 Modify ，以此类推输入 banker 、die 、punch 。
Edit Part3. 对各图形文件划分有限元网格1. Binder 零件网格划分rshrtik rNEfmairHfldtnrFilCakw首先选用红色文件名“ rjgmeID ColorDeletePROCESSING OEPENDENT RECORDS 13PHOCES3r4G IM3EPEf<DENT RECORDS F Lfifrs P Suriacrs-匸Tfl/DYWAFDRnpimchigslSMPaHTED 引□点击 □图标，出现 Part Turn 。
基于Dynaform的弯曲成型及回弹数值模拟毛欣然;刘淑梅;罗阳;吴昊然【摘要】利用Dynaform有限元分析软件对弯曲件成形过程进行数值模拟,研究板料弯曲成形时,弯曲中心角、板料厚度及板料与模具间的摩擦因数对回弹的影响.通过响应面实验,分析影响回弹角大小的主次因素,确定各因素与回弹量的关系.分析实验得到的数据给出最优解组合,为实际生产中解决回弹问题提供最佳方案.通过响应面实验得到:弯曲中心角100.5°、板料厚度1.268 mm、摩擦因数0.092时回弹量最小.在工程实际中,在不影响产品功能的前提下,可适当增加弯曲件的弯曲中心角,从而降低回弹值,保证产品的尺寸精度,更好地节省生产成本,缩短开发周期,提高生产效率.【期刊名称】《黑龙江科学》【年(卷),期】2019(010)010【总页数】6页(P4-9)【关键词】Dynaform;弯曲回弹;数值模拟;V形件;响应面【作者】毛欣然;刘淑梅;罗阳;吴昊然【作者单位】上海工程技术大学材料工程学院,上海201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TG3861 研究背景1.1 研究回弹的意义及内容目前低能耗、高安全性以及高精度是工业发展的重要需求。
弯曲回弹严重制约了工件的精度。
以往为解决回弹问题，总是用加工现场的大量实验数据来修正模具参数，过程复杂且效率低。
在解决高强钢冲压成形回弹的问题上，有限元数值模拟方法对研究弯曲回弹有很重要的意义。
本研究利用Dynaform数值模拟软件对V形件进行数值模拟，研究弯曲中心角、板料厚度和摩擦因数对回弹量的影响，并进行响应面实验，分析三个影响因素对回弹影响大小的主次顺序，分别确定其与回弹量之间的关系。
1.2 冲压回弹的产生金属材料在塑性弯曲时均伴有弹性变形，当外载荷去除后，塑性变形保留下来，而弹性变形会完全消失，使弯曲件的形状和尺寸发生变化而与模具尺寸不一致，这种现象叫做回弹[1]。
大曲率凸弯边零件橡皮囊液压成形工艺的数值模拟王福东１，陈明和１，熊杰２（１．南京航空航天大学机电学院，南京２１００１６；２．洪都飞机制造有限公司，南昌３３００００）摘 要：为得到大曲率凸弯边零件的橡皮囊液压成形工艺参数，采用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件对成形过程进行了数值模拟，分析了侧压块各参数对该成形结果的影响，并对成形参数进行优化，最后进行了实际成形结果试验验证。
结果表明：合适的侧压块参数为侧压块与模具距离取１２ｍｍ，侧压块倾角取７０°，侧压块圆角半径取８ｍｍ，对应的坯料搭边尺寸为２０ｍｍ；采用优化后的参数可成形出合格的大曲率凸弯边零件，零件厚度分布与数值模拟结果一致，且模拟的最小厚度与试验结果的误差很小，验证了数值模拟的可靠性。
关键词：大曲率凸弯边零件；橡皮囊液压成形；模拟中图分类号：ＴＧ３０６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－３７３８（２０１１）１２－０１０７－０５Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｒｕｂｂｅｒ Ｂｌａｄｄｅｒ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ＦｏｒｍｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｓｈｒｉｎｋ Ｆｌａｎｇｉｎｇ Ｐａｒｔ ｗｉｔｈ Ｌａｒｇｅ ＣｕｒｖａｔｕｒｅＷＡＮＧ Ｆｕ－ｄｏｎｇ１，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ－ｈｅ１，ＸＩＯＮＧ Ｊｉｅ２（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｏｎｇ Ｄｕ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ｂｌａｄｄｅｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ ｓｈｒｉｎｋ ｆｌａｎｇｉｎｇｐａｒｔ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢＡＱＵＳ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｂｌａｎｋ ｈｏｌｄｅｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌ ｆｏｒｍｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｄｅｂｌａｎｋ ｈｏｌｄｅｒ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｉｄｅ ｂｌａｎｋ ｈｏｌｄｅｒ ａｎｄ ｄｉｅ １２ｍｍ，ｔｈｅ ｄｉｐ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｂｌａｎｋ ｈｏｌｄｅｒ ７０°，ｔｈｅ ｆｉｌｌｅｔ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｂｌａｎｋ ｈｏｌｄｅｒ ８ｍｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｌａｐ ｗｉｄｔｈ ２０ｍｍ．Ｔｈｅ ｑｕａｌｉｆｉｅｄ ｐａｒｔ ｗａｓｆｏｒｍｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｍｉｎｉｍｕｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｖｅｒｙ ｓｍａｌｌ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｒｉｎｋ ｆｌａｎｇｉｎｇ ｐａｒｔ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ；ｒｕｂｂｅｒ ｂｌａｄｄｅｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｏｒｍｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０ 引 言飞机翼肋类零件为大曲率凸弯边零件，其形状复杂、种类多且批量小。
采用传统的冲压法制造这类零件时，模具加工费用高，生产准备周期长；另外，翼肋零件对外形和表面质量要求较高，采用手工敲打或冲压成形生产时经常不能满足要求。
橡皮囊液压成形技术是利用橡皮囊作为弹性凹模（或凸模），用液压油作为传压介质，使金属板料随刚性凸收稿日期：２０１１－０１－０７；修订日期：２０１１－１０－０５作者简介：王福东（１９８５－），男，山东济宁人，硕士研究生。
导师：陈明和教授模（或凹模）成形的一种新型软模成形方法。
运用此法可以成形出形状很复杂的零件，而且能够减少工序次数，减少或简化模具，缩短生产准备周期，改善零件表面质量，在现代飞机生产中得到广泛应用。
由于板料的成形失稳起皱机理非常复杂［１－２］，采用理论分析方法常常预测不准，导致大曲率凸弯边零件在橡皮囊液压成形时会发生起皱，生产时一般采用侧压块来防皱。
侧压块的设计通常采用“试错法”，即通过手工和机械的方法对侧压块进行多次修改，反复调整工艺，多次试制直至得到满足尺寸、精度等各方面要求的零件。
但“试错法”的工艺设计时间长、成本高，严重制约了其应用。
近年来随着计·７０１·第３５卷第１２期２０１１年１２月机 械 工 程 材 料Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３５ Ｎｏ．１２Ｄｅｃ． ２０１１算机技术的发展，可以借助数值模拟对橡皮囊液压成形工艺进行研究，以提高工艺设计的效率。
国内外学者对数值模拟技术在橡皮囊液压成形中的应用做了大量研究。
Ｄｉｒｅｋｏｌｕ［３］通过模拟发现提高橡皮软模的加载速率容易引起板材变形不充分，导致零件壁厚分布的均匀性降低，且增加了板材失稳起皱的可能性；Ｇｉｕｓｅｐｐｅ［４］认为提高橡皮与板材间的摩擦因数有利于降低板材壁厚减薄。
李靖宜等［５］模拟分析了成形时零件起皱和破裂的原因，给出了适合橡皮囊液压成形工艺的毛坯／模具形状；刘峰［６］通过模拟得出侧压块有利于凸弯边零件的成形，并分析了摩擦因数以及模具与侧压块之间的距离对凸弯边零件成形的影响。
但目前还少见到对带侧压块的橡皮囊液压成形进行过系统研究的报道。
为此，作者采用ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元分析软件对大曲率凸弯边零件的侧压块橡皮囊液压成形过程进行了数值模拟，以得出合适的侧压块参数，提高侧压块的设计效率。
１ 失稳起皱机理凸弯边零件橡皮囊液压成形示意如图１所示。
橡皮首先压到模具的上表面并向模具的四周挤下，使板料悬空于模具外的部分受压而折弯。
板料沿凸曲线轮廓向下折弯时，由于坯料外缘的长度大于弯边成形过程中任一时刻凸缘的长度及成形后零件的轮廓长度，板内圆周方向材料收缩在切向受到挤压而产生了切向压应力σθ，且σθ随着变形程度的增加而增大。
根据分支性失稳理论，当σθ达到板料的临界压应力值时，凸缘将发生失稳，在圆周方向产生屈曲波形，即发生起皱。
临界状态之后，即使停止增加橡皮压力，屈曲波形也将自行鼓凸到一定程度。
一般情况下，卸去橡皮压力后，环板形状略有恢复，但屈曲波形仍然保留，即仍存在褶皱现象［７］。
２ 侧压块防皱机理当用侧压块成形时，其防皱机理如图２所示。
侧压块的主要工艺参数有：坯料搭边尺寸Ｌ、侧压块图１ 凸弯边零件橡皮囊液压成形示意Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｈｒｉｎｋ ｆｌａｎｇｉｎｇｐａｒｔ ｉｎ ｒｕｂｂｅｒ ｂｌａｄｄｅｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｏｒｍｉｎｇ与模具的间距Ｄ、侧压块倾角α和侧压块圆角半径Ｒ等。
当采用侧压块后，板料的尺寸要加大，至少能够搭在侧压块上。
成形时，橡皮对毛坯表面及搭边同时加压，使搭边部分的材料被夹紧在侧压块上。
由于板料与侧压块之间存在摩擦力，板料在成形过程中，受到侧压块的附加拉应力。
根据屈雷斯加屈服准则，屈服应力σｓ＝σｒ－σθ，其中，σｒ为径向拉应力，为正值；σθ为切向压应力，为负值。
因此增加σｒ就可以减小σθ，从而起到减少皱褶出现的作用。
侧压块防皱的原理与带压边圈的压延成形时防止内皱的原理类似。
但用侧压块成形时，模具与侧压块之间有大的间隙，变形区材料大部分悬空，悬空材料抗失稳能力差，类似于大间隙的压延成形，变形区比起间隙合理的压延成形来说更易起皱。
同时，由于板料在侧压块上有搭边，搭边过多时，板料所受摩擦力过大，板料有拉裂的危险。
３ 橡皮囊液压成形的有限元数值模拟３．１ 模拟算法选择金属薄板橡皮囊液压成形属于冲压工艺范畴，其数值模拟是一个涉及几何非线性、材料非线性、接触条件非线性的处理过程［８］。
作者采用动力显式算法处理成形加载过程，相当于把准静态的板料成形过程看成为一个动力过程。
动力显式采用单点高斯积分算法，无需求解刚度矩阵，发生起皱等失稳现象时，不会引起数值计算困难，计算时间随着节点自由度的增加仅呈线性变化，稳定性好。
３．２ 有限元模型及参数的定义图３为根据给定的零件，在ＵＧ软件中建立的·８０１·橡皮、侧压块、模具和底板的三维模型。
将模型以ＩＧＳ格式导出，并导入到ＡＢＡＱＵＳ软件中以建立有限元模型。
在ＡＢＡＱＵＳ软件中将板料定义为弹塑性可变形体，将橡皮定义为超弹性体，将模具、侧压块和底板定义为刚体。
橡皮采用８节点六面体单元，板料为Ｓ４Ｒ四边形缩减积分壳单元，模具、侧压块和底板均采用四边形刚体单元。
板料为铝合金ＬＹ１２Ｍ，厚为１．５ｍｍ，性能参数见表１。
橡皮材料采用Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ模型描述。
接触选择面面接触，摩擦准则为库仑摩擦，其中橡皮与板料及模具、侧压块与底板的摩擦因数为０．２，板料与模具、侧压块、底板的摩擦因数为０．１。
压力加载曲线选择ｓｍｏｏｔｈ方式，最大成形压力为３０ＭＰａ，压力加载时间为１０ｍｓ。
该零件具有对称特点，为了提高计算效率，采用１／２模型进行模拟。
表１ ＬＹ１２Ｍ铝合金的性能参数Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＬＹ１２ＭＡｌ ａｌｌｏｙ弹性模量／ＧＰａ泊松比屈服强度／ＭＰａ强度系数／ＭＰａ硬化指数伸长率／％７５ ０．３３ ８０ ２９６ ０．２１ １７图３ 橡皮囊液压成形有限元模型Ｆｉｇ．３ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ｂｌａｄｄｅｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｏｒｍｉｎｇ３．３ 模拟结果与讨论３．３．１ 不同条件成形模拟结果对比由图４可以看出，无侧压块时，在模具的凸缘位置材料起皱非常严重；有侧压块时，在模具的凸弯边处板料和模具能够很好贴合，没有起皱现象。
