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板料冲压成形是一种广泛应用的金属材料塑性加工方法,冲压成形工艺和冲压模具设计往往依赖于实际经验、行业标准和传统理论。因此,很难把握冲压件的成形规律与成形特点,使得设计制造出来的冲压模具需要经过反复调试和修正。利用数值模拟技术可以预测设计中存在的缺陷,优化冲压工艺,改进模具设计,缩短制造周期,降低成本。
本文首先依据需冲压材料TZM合金(Ti-Zr-Mo)的加工性能,研究制定出符合要求的冲压工艺方案,并根据成形方案确定出加工模具,然后探讨了实现ANSYS/LS-DYNA的冲压成形有限元数值模拟的几项关键技术,并利用ANSYS/LS-DYNA计算软件对TZM合金板料的弯曲冲压过程进行模拟,最后讨论了冲压工艺参数与模具参数对冲压成形结果的影响。研究主要取得以下成果:
(1)根据TZM合金的特性,研究出由TZM合金板料弯曲冲压成形料舟加工工艺,依据该工艺对成形模具进行初步设计,运用ANSYS/LS-DYNA计算软件对其成形过程进行模拟,发现存在的问题,经过不断修正,最终设计出符合加工工艺要求的模具。
(2)对TZM合金板料弯曲冲压成形过程进行模拟,分析板料成形过程中应力应变、板料成形极限图等,结果表明成形后料舟各部位都处于安全区域,成形效果比较理想;板料成形过程中最大等效应力与应变均发生在料舟凸缘角部位(搭接缝起始点)。
(3)通过对初始毛坯形状、摩擦系数、模具间隙、冲压速度对板料弯曲成形性能的影响进行了研究与分析,得出了以下几个结论:①料舟圆角搭接缝开口过长或过短对弯曲成形最终产品质量都是不利;②摩擦系数由0增至0.3时,板料等效应力应变增加并不明显,但当由0.3增至0.6时,等效应力应变呈线性上升,料舟翘曲起皱的区域增多;③模具间隙在合适的范围内对成形效果影响不大,但过小会导致板料在挤压过程中擦伤,过大使搭接间隙增大,影响后期焊接质量;④TZM合金塑性变形能力低速较差,高速与中速相同;过低的冲压速度会引起板料破裂,反之,过高的冲压速度会导致搭接角相互挤角。冲压速度应控制在合理的范围。