应用ABAQUS进行柔性多点模具蒙皮拉形工艺数值分析

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1、应用ABAQUS进行柔性多点模具蒙皮拉形工艺数值分析白雪飘　曾元松（北京航空制造工程研究所，北京，100024）摘要：多点柔性模具蒙皮拉形是一种新兴的柔性加工技术，柔性模具的型面可重构性不但降低了模具制造成本，而且大大缩短了生产周期，极大地降低了生产成本。由于模具型面的可调性，生产中弹性垫层、回弹等因素对零件的影响完全可以通过调整模具的外形包络面来改善，从而减少加工零件反复试制的次数。本文通过有限元数值模拟方法，针对某典型零件分析了弹性垫层以及回弹对成形过程的影响，并通过调整和优化模具外形包络面，使得数值模拟的零件外形与目标零件外形吻合较好，为实际零件的成形和柔性模具型面的确定提供

2、了重要的依据。关键词：多点柔性模具；蒙皮拉形；弹性垫层；回弹；外形拟合SimulationonStretchFormingwithReconfigurableToolsbyABAQUSAbstract:Areconfigurabletoolingsystemisbeingdevelopedonstretchforming.Becauseoftheflexibilityofthetool,productionperiodandcostcanbereduceddeeply.Theworkingsurfaceofthetoolconsistsoftheendsofnumerouspins

3、withhemisphericaltips.Aninterpolatingpolymerlayerisinsertedbetweenthetoolandthesheetmetalduringforminginordertosuppressdimplingoftheworkpiece.Effectontheshapeofworkpiecebytheinterpolatingpolymerlayerandspringbackcanbeimprovedbychangingtheworkingsurfaceofthetool.Stretchformingofatypicalpartissi

4、mulatedwithABAQUStogetperfectworkingsurfaceofthetool,whichprovidesthetechnologicalbasisforfurtherstudyandexperiment.Keywords:reconfigurabletool,stretchforming,interpolatingpolymerlayer,springback,shapecontrast1.前言蒙皮拉形是指板料两端在拉形机夹钳夹持下，夹钳沿一定轨迹运动或模具上升使板料与拉形模接触，产生不均匀的平面拉应变而使板料与拉形模贴合的成形方法。多点柔性模具蒙皮拉形

5、是指由一系列高度可调、规则排列的小冲头形成离散曲面来代替传统拉形模进行蒙皮拉形的柔性加工技术。由于柔性多点模具的基本思想是以点代面，且每个点（冲头）顶部外形为球面，故在成形中易使板料产生局部应力集中，从而导致在零件表面上产生压痕，这对表面质量要求较高的蒙皮类零件是不允许的。因此，为避免压痕的产生，成形过程中在模具与板料之间需放置具有一定弹性的垫层材料，工艺示意如图1所示。-7-图1　多点柔性模具蒙皮拉形工艺示意图在成形过程中弹性垫层受压会产生变形，从而影响成形零件的外形；拉伸成形后零件会有回弹现象，也会影响零件的成形精度。为了获得合格的零件外形，需要通过回弹补偿来优化模具外形包络面

6、，如图2所示。(a)弹性垫层的影响（b）回弹的影响图2　柔性多点模具蒙皮拉形的成形影响因素采用AQAQUS的有限元模拟技术可实现“虚拟拉形”，并根据数值模拟结果修改多点模具的外形，其过程如图3所示。-7-零件外形模具外形计算零件外形计算冲头排列调整冲头排列输出工艺参数外形比较ABAQUS数值分析优不优图3基于ABAQUS的工艺参数调整过程本文以某典型的单曲率零件为例，通过数值计算进行蒙皮拉形的成形及回弹分析，最终获得可成形出与目标零件外形拟合良好的模具冲头排列。1.有限元分析模型2.1几何模型所成形的目标零件为典型圆柱面零件（单曲率），其中，半径R＝350mm，长L＝400mm，弦

7、长l＝330mm，厚度t＝2mm。考虑到零件的对称性，取零件的四分之一进行分析。如图4所示，分析模型的模具由48个冲头组成，采用刚性壳单元R3D4进行离散；板料尺寸为550mm×220mm，采用大应变壳单元S4R进行离散；垫层尺寸为228mm×250mm×25mm，采用缩减积分六面体实体单元C3D8R进行离散。图4　有限元分析模型2.2材料特性板料选用2024-O，弹塑性材料模型。弹性垫层材料为邵氏硬度70的聚氨酯，选用超弹性材料中的Yeoh模型表征。材料参数均由实验