筒形件旋压数值模拟及工艺参数优化张晨爱;程春梅;李瑞琴【摘要】本文采用ANSYS/LS-DYNA显式块单元,映射网格划分实体模型,同时也使用了一些有效的加栽和处理边界条件的方法,从实际出发建立力学模型对筒形件强力旋压进行弹塑性有限元模拟,分析不同旋轮结构参数对旋压过程中应力应变的影响,对实际生产中优化工艺参数,提高产品质量提供了有力的依据.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2010(000)007【总页数】4页(P98-101)【关键词】强力旋压;数值模拟;工艺参数;应力应变【作者】张晨爱;程春梅;李瑞琴【作者单位】国营第763厂,山西,太原,030041;国营第763厂,山西,太原,030041;中北大学,机械工程与自动化学院,山西,太原,030051【正文语种】中文【中图分类】TG386.4现代旋压技术广泛应用于航空、军工等金属精密加工技术领域,是小批量、多品种回转型薄壁壳体类零件的重要加工方法。长期以来,旋压生产通常依靠经验,经反复试验来确定合理的工艺参数。随着有限元数值模拟在旋压技术中的应用,使研究从以试验为主转为计算机数值模拟与试验相结合。本文应用ANSYS/LS-DYNA对筒形件三旋轮强力正旋旋压进行了弹塑性有限元数值模拟,分析其旋轮结构参数(旋轮圆角半径、直径、成形角)对旋压过程中应力应变的影响规律,找出其影响程度最小的工艺参数,从而达到优化旋压工艺参数的目的,有利于企业提高产品质量,降低成本。1零件简介及工艺参数初选1.1零件简介及工艺方法如图1所示,该零件为典型的筒形件,壁厚较薄,长径比较大,其尺寸精度及机械性能要求较高,材料为防锈铝5A06,毛坯为锻造件,经退火、机加而成。工艺采用二道次旋压成形,其工艺流程为毛坯锻造→退火→毛坯机加→一次旋压→退火→二次旋压→机加。为了保证毛坯与芯模有稳定的合适间隙,确定芯模与毛坯之间间隙为0.05～0.10mm。毛坯尺寸内径与零件的内径一致,毛坯长度根据旋压工艺图,按照旋压前后体积不变的原则计算求解得到。图1零件结构图1.2旋轮的结构参数筒形件强力旋压所用的旋轮为双锥面旋轮,如图2所示。旋轮的成形角α影响旋压力的大小及其在不同方向上的分配,影响旋压件的精度及表面质量。在具体的旋压条件下,都存在一个成形角α的最佳值。铝及其合金容易产生隆起,旋轮成形角α在18°～25°的范围内选定。旋轮圆角半径ρ一般凭经验取值。ρ取值过大会造成旋压力增加,工件内径扩大并使薄壁件起皱;ρ取值过小则容易产生材料的剥离。对于筒形件旋压,一般取ρ=(0.4～1.0)t0,式中,t0为毛坯厚度。为了提高旋轮的工作寿命,也可取ρ=(0.85～1.75)t0。筒形件毛坯厚度为3.4mm,因此旋轮圆角半径ρ在2～6mm之间选取;旋轮的直径与旋压力有关,在180～250mm之间选取。表1为初选的旋轮结构参数,并按此参数建立有限元模型,如图3所示。图2双锥面旋轮结构图3有限元模型表1初选旋轮结构参数?2有限元模型的建立在筒形件旋压过程中,毛坯由芯模和尾顶固定,并由机床主轴带动旋转,旋轮以一定运动轨迹对坯料进行挤压。模拟过程中,将芯模和旋轮视为刚体,芯模随机床主轴以一定速度进行旋转,旋轮以一定速度作轴向进给,使工件逐渐贴模,达到形状尺寸要求,以实现毛坯和旋轮的相对运动。本文采用ANSYS/LS-DYNA模块建立实体模型,进行单元、材料属性设置,网格划分,从而建立有限元模型,如图3所示。实体模型采用GUI方式自底向上创建,根据表1初选的旋轮结构参数共创建了11个模型,在同一模型中3个旋轮的尺寸均相同,且3个旋轮呈120°均匀分布。毛坯、芯模、旋轮均采用显式块单元SOLID164,该单元为8节点6面体单元。毛坯的材料属性定义为实际所用的5A06,该材料模型适用于各种材料的大变形问题,可用于筒形件毛坯的旋压成形。毛坯材料的性能参数见表1。表2材料性能参数?对毛坯、芯模以及旋轮采用相同的单元进行不同密度的网格划分。3加载及求解本模型施加约束和载荷是在ANSYS分析前置处理软件FEMB下进行。加载前定义了4对接触,分别是毛坯内表面和芯模外表面之间的接触以及毛坯外表面和旋轮外表面之间的接触。在第1对接触中,毛坯的内表面是接触面,芯模外表面是目标面;在其他对接触对中,毛坯外表面是接触面,旋轮的外表面是目标面。由于筒形件强力旋压为正旋,故在毛坯尾端和整个芯模...
