弯梁板材冲压成形仿真分析及工艺改进.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期弯梁板材冲压成形仿真分析及工艺改进１１１１２２谢秉顺，朱健军，鲁万彪，唐晶晶，艾国平，卢文壮（１南车南京浦镇车辆有限公司工业化部，南京２１００３１；２南京航空航天大学机电学院，南京２１００１６）摘要：弯梁是城市轨道车辆上的重要零／部件，弯梁板材在冲压成形过程中受到多重非线性因素影响，成形机理复杂，成形质量难以控制。利用有限元数值模拟对弯梁板材冲压成形过程进行仿真研究，得到了弯梁板材成形极限图、厚度减薄率分布图、应力及应变

2、分布图，研究结果为弯梁板材冲压工艺设计提供指导。关键词：弯梁；冲压成形；数值模拟中图分类号：ＴＧ３５６．１１　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—００８５—０４Simulationandprocessimprovementforsheetstampingformingofcurvedsteelgirder１１１１２２ＸｉｅＢｉｎｇｓｈｕｎ，ＺｈｕＪｉａｎｊｕｎ，ＬｕＷａｎｂｉａｏ，ＴａｎｇＪｉｎｇｊｉｎｇ，ＡｉＧｕｏｐｉｎｇ，ＬｕＷｅｎｚｈｕａｎｇ（１ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏ

3、ｎ，ＣＳＲＮａｎｊｉｎｇＰｕｚｈｅｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３１，Ｃｈｉｎａ；２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｃｕｒｖｅｄｓｔｅｅｌｇｉｒｄｅｒｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｒａｉｌｗａｙｃａｒｒｉａｇｅ．Ｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｕｒｖｅｄｓｔｅｅｌｇｉｒｄｅｒｆｏ

4、ｒｍｉｎｇｉｓｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｆａｃｔｏｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｈｅｅｔｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗｈｉｃｈｗｉｌｌｒｅｄｕｃｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｒｏｄｕｃｔ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｈｅｅｔｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍｉｎｇｏｆｃｕｒｖｅｄｓｔｅｅｌｇｉｒｄｅｒ．Ｔｈｅｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍ-ｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｕｒｖｅｄｓｔｅｅｌｇｉｒｄｅｒｗａｓａｎａｌｙｓｅｄｕｓｉｎｇｆｉ

5、ｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇｌｉｍｉｔｄｉａｇｒａｍ，ｃｒｏｓｓ-ｓｅｃｔｉｏｎａｌｔｈｉｃｋ-ｎｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｓｔｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｃｕｒｖｅｄｓｔｅｅｌｇｉｒｄｅｒｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Keywords：ｃｕｒｖｅｄｓｔｅｅｌｇｉｒｄｅｒ；ｓｈｅｅｔｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ根据弯梁的零件图采用Ｄｙｎａｆｏｒ

6、ｍ有限元逆算法展开０　引言获得。在Ｐｒｏ／Ｅ中建立弯梁成形过程分析的几何模型弯梁是城市轨道车辆上的重要零／部件，批量生如图２所示，板材厚度为２ｍｍ。弯梁的成形过程为：产时采用模具冲压成形的方式。由于弯梁结构复杂，先成形弯梁的上圆弧曲面；然后拉伸成形弯梁的两侧模具冲压成形中容易产生起皱、破裂和回弹等问题，边，拉伸成形的同时对两边的下圆弧曲面以及压延边其成形质量难以控制。有限元方法能够对板材成形进行约束；最后成形弯梁的下圆弧曲面。考虑到弯梁过程进行模拟，得到板材成形过程中每个时刻的位成形分析的算法需求，在几何模型中，凹、凸模及板材［１

7、］移、应变和应力分布，并能预测板材的成形情况。均以面或壳模型建立。本文利用有限元数值模拟对弯梁板材冲压成形过程１．２　弯梁的有限元模型进行仿真研究，以期获得弯梁板材冲压成形特性，为弯梁成形材料为０５ＣｕＰＣｒＮｉ高耐侯结构钢板材，５弯梁板材冲压工艺设计提供指导。其弹性模量E＝２．０７×１０ＭＰａ，泊松比μ＝０．２８，屈服强度σs＝３５５ＭＰａ，抗拉强度σb＝５５０ＭＰａ，强化系数１　几何模型及有限元模型k＝３３０，硬化指数n＝０．１９５，应变率参数c＝４０，p＝５。１．１　弯梁的几何模型将Ｐｒｏ／Ｅ中建立的弯梁几何模型导入有限元分

8、析软件弯梁的零件图如图１所示。本文根据板材图样尺Ｄｙｎａｆｏｒｍ，建立弯梁的有限元分析模型。有限元模型寸进行几何建模，模具包括凸模和凹模。板材的尺寸中弯梁的材料属性参照０５ＣｕＰＣｒＮｉ材料的属性进行定５８　２０１３年第１１期现代制造工程（Ｍｏｄｅ