开口型非对称薄壁型材拉弯成形数值模拟

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1、信息化技术航天制造技术开口型非对称薄壁型材拉弯成形数值模拟郭涛(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)摘要：基于动态显式算法的ABAQUS/Explicit分析模块对开口型非对称薄壁铝合金型材拉弯成形过程进行了数值模拟分析。研究发现：通过内加填充物、合理的模具形状设计和较大的预拉值共同作用下，能有效防止开口型非对称薄壁型材在拉弯过程中易出现的上缘塌陷和截面畸变的现象。关键词：开口型非对称薄壁型材；拉弯成形；截面畸变；数值模拟DigitalSimulationofStretchBendingonOpenAsymmetricThin-

2、walledProfileGuoTao（SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation,BeihangUniversity,Beijing100101)Abstract：TheanalysismoduleofAbaqus/Explicit,basedonDynamicexplicitalgorithm,wasadoptedtosimulatethestretchbendingprocessonopenasymmetricthin-walledaluminumalloyprofile.Theresultsshow

3、thatthewayofinnerrubbersupport,properdieshapedesignandthebiggerpre-stretchprovidecombinedactiontoavoidtheupper-sidecollapseandsectiondistortioneffectivelyduringthestretchbendingprocessonopenasymmetricthin-walledaluminumalloyprofile.Keywords：openasymmetricthin-walledprofile；str

4、etchbending；sectiondistortion；digitalsimulation1引言截面畸变现象成为目前铝型材采用拉弯成形工艺的关键问题。铝合金型材空间框架结构零部件数量少，生产周本论文基于动态显式算法的ABAQUS/Explicit分期短，全生命周期成本低，与钢结构零部件相比可减析模块对开口型非对称薄壁铝合金型材拉弯成形过[1]重40%～50%。另外，铝合金易于回收利用，采用程进行了数值模拟，分析预拉值、内加填充物对型材空间框架的车身结构能够很好满足抗撞击的安全性完成拉弯后截面畸变的影响关系，从而为拉弯成形模[5～7]需求，因此铝

5、合金型材在航空航天和汽车行业中得到具合理设计和工艺提供理论依据和参考规范。[2]广泛应用。型材弯曲成形当中拉弯是主要的一种工艺方法，在制造型材弯曲件方面广泛应用于航空、航2有限元建模[3]天和汽车、轨道列车等行业。同时，拉裂、起皱、截面畸变、回弹等成形缺陷在拉弯成形中也较易产2.1材料模型生。特别是截面畸变更是板成形中的新问题，各种开模拟材料选用常见的商用铝合金材料2024-M口型非对称薄壁型材还存在多个形式的纵向扭曲问态，假定材料为各向同性，机械性能如表1所示，图[4]题，导致产品质量受到影响，甚至造成废品的结果，1为在Instron试验机上拉伸

6、速度为1mm/min时获得影响拉弯产品的稳定生产。有效阻止或避免拉弯型材的材料真实应力应变曲线，可用式（1）的幂指数表作者简介：郭涛（1972-），博士，锻压成形工艺与设备专业；研究方向：冲压成形技术、数值模拟。收稿日期：2013-11-1065信息化技术2014年2月第1期[4]示其弹塑性本构方程：夹钳和拉弯模具均作为拉弯工具处理，拉弯模具半径为2598.5mm，弯曲角为88°，拉弯模具只考虑（1）与型材接触的部分，其他部分忽略；拉弯成形过程当中，定义为面面接触，主面为模具面，从面为型材下表12024-O铝合金材料性能表面。密度屈服强度弹性模量抗

7、拉强度-3硬化指数泊松比/g·cm/MPa/GPa/MPa2.787768.9320.90.210.33图1材料真实应力应变曲线2.2有限元数值模型首先利用ABAQUS/CAE建立有限元数值模型，图3直进台面拉弯成形方式被拉弯成形的铝合金工件截面形状为开口型非对称薄壁型材，具体尺寸如图2a所示。夹钳的作用是带动型材移动拉弯与模具接触，并对型材施加载荷。为简化运动模型，在不影响夹钳作用的前提下，将夹钳与型材绑定（Tie）。为了实现夹钳的拉伸和弯曲动作，把参考点设置在型材刚性连接的夹钳拉力中心位置，在夹钳参考点上施加的力为随动力（FollowForce

8、），可随着参考点的转动而转动。规定夹钳进行弯曲动作时随动力不卸载，夹持端a截面形状b零件外形在弯曲平面内两个方向的自由度可