鋁合金帶筋筒形件成形數值模擬研究

2013-06-10  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

通過有限元模擬軟件MSC/superForm對某鋁合金帶筋簡形件進行了數值模擬,得到了變形過程的金屬流動規律,獲得了擠壓溫度與成形筋高的關系。模擬結果表明,帶筋筒形件的塑性變形主要集中在筋部位,筋高隨著擠壓溫度的升高而升高。

作者: 曹安齋*方敏*張治民*柴國瑞 來源: 萬方數據
關鍵字: 有限元 擠壓溫度 筋高 

為了減輕質量和增加剛度,某些耐高壓殼體類零件選用質量輕、強度高的鋁合金,結構多采用縱、橫內筋結構,這給構件的加工帶來很大的困難田。研究金屬塑性成形流動的方法有物理模擬和數值模擬兩種。前者周期長、投資大沮整個變形過程難以_直接觀察;后者免去大量的物理模擬,從而有效地節省投資,節省人力物力,縮短設計時間和生產周期團。本文通過數值模擬研究了鋁合金帶筋筒形件的金屬流動規律,并得出了擠壓溫度與筋高的關系,為實現生產提供了理論依據。
   
    1零件成形工藝方案的確定
   
本零件材料為防銹鋁合金LF6,零件圖如圖1所示。該件為縱、橫內筋結構件,縱向有10條筋,橫向有2條筋,寬度為10 mm,突起為5mm,成網格狀。本例采用單工步等溫擠成形工藝,即下料,均勻化處理(400℃保溫6 h,然后再升溫到480℃保溫6h),去除氧化皮一成形,冷整形。
   

    2三維數值模擬模型與條件加載
   
    2.1模型的建立
有限元模型是對物體實際模型的簡化,根據本零件的對稱性,僅取整個坯料的1/6作為模擬對象。采用proe軟件對模具進行三維造型,然后導人MSC/Marc軟件,建立模型圖。模擬分析簡圖如圖2所示。采用MSC/superform軟件進行模擬分析。
   

    2.2模型參數定義
   
模型幾何參數凸模壓下速度為1 mm/s,坯料由邊長為2.75 mm的5 537個六邊形單元組成,在變形過程中當單元的邊長超過3mm時,對網格進行自動重劃分。
   
模型材料參數模型中材料為asm_Alum_21,彈性模量為70GPa,泊松比為0.3,密度為2.64 g/cm3。
   
摩擦系數凸凹模的摩擦系數為0.2。
   
    2.3擠壓過程金屬流動規律
   
圖3表示帶筋筒形件毛坯擠壓成形過程中不同階段的變形網格圖。從圖中的網格變化看出,筒體區域變形較小,零件的塑性變形主要集中在筋部位。隨著凸模向下運動和凸模鑲塊的徑向運動(水平運動),網格筋逐漸被充滿,變形最劇烈的區域就是縱橫筋的交叉部位,劇烈的變化導致畸變的網格數目越來越多,中間進行了網格重劃分。
   

    2.4不同溫度與筋高的關系
   
圖4分別對不同溫度進行了數值模擬,其溫度與成形筋高的關系,如表1。可以看出,隨著坯料加熱溫度的升高,毛刺有所減少,這是因為溫度上升后坯料的變形抗力下降的結果。因此溫度的升高,對變形趨于均勻化有利。溫度越高所成形筋高越高,但擠壓溫度過高不僅會發生過燒現象,容易發生裂痕,而且容易和模具產生粘結。擠壓溫度過低,對設備要求高,而且容易使模具發生變形0故擠壓溫度應選擇440℃左右為宜。
   

    3結論
   
(1)通過對6種不同的擠壓溫度進行數值模擬,得出擠壓溫度應選擇440℃左右為宜口
(2)由模擬結果可知,筋高隨著擠壓溫度的升高而升高。
(3)數值模擬可減少零件塑性成形時實驗工作量,為其毛坯合理的選擇及模具結構的優化提供科學的依據。

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