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1、n沖鍛成形過(guò)程強(qiáng)力拉深增厚工藝的有限元分析國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50705034)華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王新云歐陽(yáng)坤夏巨諶胡國(guó)安摘要結(jié)合冷擠壓與拉深工藝的特點(diǎn)，以雙杯形工件為對(duì)象，開(kāi)展了沖鍛成形過(guò)程的強(qiáng)力拉深增厚工藝研究。即在反向拉深的同時(shí)，對(duì)側(cè)壁也施加軸向推力，進(jìn)行強(qiáng)力拉深以達(dá)到拉深并增厚的目的。采用有限元模擬軟件Dynaform研究了拉深增厚工藝中材料的流動(dòng)規(guī)律，分析了壓環(huán)的運(yùn)動(dòng)速度、壓邊力、凸模與凸凹模之間的間隙對(duì)工件最小厚度和內(nèi)壁最大厚度的影響，為優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：沖鍛成形；拉深增厚；雙杯形件；數(shù)值模擬FEMana
2、lysisofthepowerfuldrawing-thickeningtechnologyinthestamping-forginghybridprocessAbstractApowerfuldrawing-thickeningtechnologywaspromptedfordouble-cup-shapedworkpieces,itcombinedthecharacteristicsofcoldextrusionwithdrawingprocess.Anaxialthrustwasexertedtothesidewallinbackwarddrawingtoth
3、ickenit.TheFEMsoftwareDynaformwasutilizedtoresearchthematerialflow.Theimpactofthevelocityofthepressurering,thebinderforceandthegapbetweenpunchanddietotheminimumandmaximumoftheworkpiecethicknesswereanalyzed.Keywords:stamping-forginghybridforming;drawing-thickening;double-cup-shapedworkp
4、iece;numericalsimulation1引言對(duì)于大表面積且壁厚差變化較大的零件，其通常的加工方法，或者是整體鑄造；或者是采用溫/熱鍛后切削的加工方法；或者是薄壁部與較厚部分通過(guò)焊接組合并熱處理等的多工序方式來(lái)制造。這樣不僅整體性能有所下降，成本及能耗也較高，而且工序多也導(dǎo)致效率較低，不符合節(jié)能與綠色制造的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)。本文提出一種結(jié)合了沖壓與鍛造技術(shù)特點(diǎn)的板料沖鍛成形工藝，為成形這類(lèi)具有大表面積且厚差較大的零件提供了一種新的塑性成形方法。主要特點(diǎn)為：以板材（或者管材）為坯料，通過(guò)沖壓工藝成形出中空薄壁形狀，并預(yù)先在拉深工序中儲(chǔ)備足夠體積的金屬，再采用鍛造工
5、藝，對(duì)特定部位壓縮增厚，以提高厚度與剛度。這樣，不僅可避免僅采用沖壓方法制造的零件，沒(méi)有足夠厚度與剛度的缺點(diǎn)；也可避免僅采用鍛造方法來(lái)制造大表面薄壁零件時(shí)，需要過(guò)高成形力的缺點(diǎn)。沖鍛成形工藝與焊接成形過(guò)程的比較如圖1所示。圖1沖鍛成形與焊接成形的比較a)與c)為沖壓后焊接成形；b)與d)為沖壓鍛造整體成形與焊接或者鑄造方法相比，采用這種整體塑性成形方法，減少了車(chē)削加工與焊接工序，不僅能夠提高材料利用率、降低能耗，而且零部件的綜合機(jī)械性能也有較大提高。近年出現(xiàn)了一些利用板坯料進(jìn)行鍛造的研究[1-4],但均只是采用了板坯料來(lái)進(jìn)行鍛造，不同于本文提出的先拉深空間形狀后增厚
6、局部的沖鍛成形工藝。本文將結(jié)合有限元分析軟件Dynaform，開(kāi)展沖鍛成形過(guò)程的強(qiáng)力拉深增厚工藝的研究，分析材料流動(dòng)及局部增厚等規(guī)律。2工藝分析本文所研究的零件如圖2所示，要求中部反向拉深出的壁厚大于原始坯料的厚度。工藝過(guò)程為：（1）正向拉深工序，從平板坯料變形為一定深度的圓杯形，初步完成零件的外部薄壁形狀。（2）反向拉深工序，拉深到一定高度，形成反向圓筒。在正向拉深工序，以盡量減小壁厚變薄及起皺為目標(biāo)。在反向拉深工序，以增大中間圓筒內(nèi)壁的厚度為目標(biāo)。因此，在反向拉深時(shí)，對(duì)外壁同時(shí)施加推力，促使材料從外壁流向內(nèi)壁，通過(guò)控制推力與反向拉深速度，促使內(nèi)壁增厚，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力
7、拉深增厚。圖2零件示意圖3模擬參數(shù)Dynaform是專(zhuān)用于板料成形模擬的軟件，可以預(yù)測(cè)成形過(guò)程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕、回彈，評(píng)估板料的成形性能。本文選擇Dynaform軟件，對(duì)各工序進(jìn)行模擬分析。模具材料選擇steel，設(shè)置為剛性，板坯料與模具間的摩擦系數(shù)取0.125。3.1正向拉深正向拉深過(guò)程工件示意圖如圖3所示，模擬模型如圖4所示。經(jīng)工藝分析，可見(jiàn)處于窄凸緣圓筒件拉深的一次拉深成形范圍[5]。圖3正向拉深工件示意圖圖4正向拉深模型圓板坯料厚度為2mm，直徑為450mm，材料為ST14F，平面各向同性材料，參數(shù)如表1所示，Dynaform模擬參數(shù)設(shè)置如
