基于有限元模拟的变截面辊弯成形起皱缺陷预测.pdf

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1、第３８卷第６期２０１３年１２月Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．６ＦＯＲＧＩＮＧ＆ＳＴＡＭＰＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＤｅｃ．２０１３基于有限元模拟的变截面辊弯成形起皱缺陷预测王婷，韩飞（北方工业大学机电工程学院，北京１００１４４）摘要：针对变截面辊弯成形过程中凸弧受压失稳起皱问题，利用改进后的Ｃ－Ｂ起皱预测准则和有限元仿真技术，计算起皱因子以评价板料凸弧各处起皱发生的难易程度，生成起皱云图以观察材料各部分的稳定状态并预测可能出现起皱的部位。根据此准则，通过正交实验研究板厚、圆弧半径、边腿高度和圆弧圆心角对起皱的影响规律，为修改辊弯成形工艺和模型提供依据。有限元仿真模拟结果与理论推

2、导数据吻合良好，证明了起皱准则的有效性和精确性。关键词：变截面辊弯成形；受压失稳；起皱；数值模拟ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３９４０．２０１３．０６．０１４中图分类号：ＴＧ３０６；ＴＧ３３５．４文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３９４０（２０１３）０６－００６７－０６ＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｗｒｉｎｋｌｉｎｇｉｎｆｌｅｘｉｂｌｅｒｏｌｌｆｏｒｍｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＷＡＮＧＴｉｎｇ，ＨＡＮＦｅｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒ

3、ｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｗｒｉｎｋｌｉｎｇｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅｓｈｅｅｔｓｃｏｎｖｅｘａｒｃｏｆｒｏｌｌｆｏｒｍｉｎｇｗｉｔｈｖａｒｉａｂｌｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃ－ｔｉｏｎ，ｔｈｅＣ－Ｂｗｒｉｎｋｌｉｎｇｃｒｉｔｅｒｉｏｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｆｌａｎｇｅｗｒｉｎｋｌｉｎｇｗａｓｃｈａｎｇｅｄｓｐｅｃｉａｌｌｙ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｅｗＣ－Ｂｗｒｉｎｋｌｉｎｇｃｒｉｔｅｒｉｏｎ，ａｓｐｅｃｉａｌｗｒｉｎｋｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｗａｓｐ

4、ｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｗｒｉｎｋｌｉｎｇｅｘｔｅｎｔａｎｄａｗｒｉｎｋｌｉｎｇｅｖａｌｕ－ａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｆｒｉｎｇｅｗａｓｏｕｔｐｕｔｆｒｏｍｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｓｈｏｗｔｈｅｗｈｏｌｅｓｈｅｅｔｓｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｏｎｓｅｔｏｆｗｒｉｎｋｌｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｒｉｎｋｌｉｎｇｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｓｈｅｅｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ａｒｃｒａｄｉｕｓ，ｆｌａｎｇｅｈｅｉｇｈｔａｎｄｃｅｎｔｒａｌａｎｇｌｅｏｎｔｈｅｗｒｉｎｋｌｉｎｇｗ

5、ｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｔｏｇｉｖｅｓｏｍｅｉｄｅａｓｔｏｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｅｘａｃｔｌｙｔｈｅｓａｍｅａｓｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｗｈｉｃｈｗａｓｇａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ．ＩｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｅｗＣ－Ｂｗｒｉｎｋｌｉｎｇｃｒｉｔｅｒｉｏｎｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｔｏｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｒｏｌｌｆｏｒｍｉｎｇｗｒｉｎｋｌｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｅｘｉｂｌｅｒｏｌｌｆｏｒｍｉｎｇ；ｃｏ

6、ｍｐｒｅｓｓｅｄｆｌａｎｇｅｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｗｒｉｎｋｌｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［６］失稳起皱是变截面辊弯成形过程中决定成形极ＭｏｈａｍｍａｄＡｍｉｎＳｈａｆａａｔ提出了起皱预测流程，限的最主要缺陷之一，不但严重影响成形件的成形［７－８］能够对变形过程中的起皱进行预测。谢晖等则利质量和精度，还会影响轧辊的使用寿命和产品的外用计算机有限元仿真技术，提出了起皱因子的概念。［１］观。因此，精确预测起皱的发生对轧辊和工艺参文献［９－１０］提到了变截面Ｕ形槽的有限元建模方［２］数的设计显得尤为重要。ＰｅｔｅｒＧｒｏｃｈｅ等提出了法。对于变截面辊弯

7、成形过程中起皱现象的预测和适用于变截面辊弯成形起皱预测的“一步模型”，并评价，除了“一步模型”，还未见到其他的公开研究［３］进行了验证。ＡｂｅｅＡ等阐述了“一步模型”在变成果。截面辊弯成形精度改进中的应用。但是这种预测直接将变形的整个过程进行忽略，同时也无法判定起１变截面辊弯成形起皱判据［４］皱发生的部位及严重程度。ＸｉＷａｎｇ等提出了薄１．１Ｃ－Ｂ起皱准则板成形过程中的起皱分析预测准则，命名为Ｃ－Ｂ起本文根据变截面辊弯成形过程中，凸弧起皱波皱判据，并分析了起皱与压力、材料等参数之间的［５］形的几何特点，将基于能量守恒的Ｃ－Ｂ起皱判据［５］关系。Ｊｉａｎｇｕａｎ