铝镁合金双路径加载充液拉深成形的数值模拟

铝镁合金双路径加载充液拉深成形的数值模拟

第18卷第4期 Vol.18 No.4 中国有色金属学报 2008年4月 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Apr. 2008

文章编号：1004-0609(2008)04-0698-05

铝镁合金双路径加载充液拉深成形的数值模拟

刘晓晶1, 2，闫 巍1，郭立伟1

(1. 哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040； 2. 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150001)

摘 要：针对铝镁合金等低塑性板材的成形需要，提出了带主动径向加压的双路径加载充液拉深技术。应用数值模拟的方法，采用大型非线性动力显式分析软件ETA/Dynaform5.5，对5A06铝镁合金平底筒形件的双路径加载充液拉深成形过程进行研究，讨论液室压力变化对零件成形性的影响，以零件成形最终壁厚分布为评定标准，分析不同径向压力加载路径对成形质量的影响。模拟结果表明，采用合理的液室加载曲线，并配合20~45 MPa的主动径向压力，可有效地提高铝镁合金平底筒形件的成形极限，拉深比可达到3.1。 关键词：5A06铝镁合金；充液拉深；数值模拟；双路径；主动径向压力 中图分类号：TG 146.2 文献标识码：A

Numerical simulation of aluminum-magnesium alloy cup’s forming

by hydrodynamic deep drawing with double loading paths

LIU Xiao-jing1, 2, YAN Wei1, GUO Li-wei1

(1. School of Materials Science and Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150040, China;

2. School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 15001, China)

Abstract: Aimed at the forming need of aluminum-magnesium alloy and other low plasticity materials, a new double loading paths process of hydrodynamic deep drawing (HDD) with independent radial hydraulic pressure and chamber pressure was brought forward. The numerical simulations of the aluminum-magnesium alloy (5A06) flat bottom cylindrical cup’s HDD with double loading paths process were carried out by employing the large non-linear dynamic explicit analytical software ETA/Dynaform5.5. The chamber pressure variations to the formability effects were discussed. The influence of different independent radial hydraulic pressure loading paths on the forming quality was analyzed by taking the wall-thickness distribution as standard. The results show that adopting the reasonable liquid chamber pressure loading curves and the independent radial hydraulic pressure from 20 MPa to 45 MPa can increase the forming limitation of aluminum-magnesium alloy cup effectively. The drawing limitation obtained is 3.1.

Key words: aluminum-magnesium alloy (5A06); hydrodynamic deep drawing (HDD); numerical simulation; double loading paths; independent radial hydraulic pressure

板材充液拉深(Hydromechanical Deep Drawing，HDD)是以一定压力液体作为传力介质代替刚性凹模传递载荷，使板料在液体压力作用下贴靠凸模以实现金属板材零件的成形[1 2]。充液拉深与传统拉深相比，具有能够有效抑制破裂、克服拉延不足、获得较高尺

基金项目：国家杰出青年基金资助项目(50525516) 收稿日期：2007-07-29；修订日期：2007-12-29

通讯作者：刘晓晶，副教授，博士；电话：0451-86393466；E-mail: lxj812@http://doc.guandang.net

寸精度和表面质量、提高成形极限及可成形复杂形状薄壁件等优点[3 8]。

随着汽车、航空、航天等领域零部件的轻量化需要，铝镁合金、钛合金等轻质合金板料得到了广泛应用[9 13]。但是，由于铝镁合金等轻质材料的应变硬化

铝镁合金双路径加载充液拉深成形的数值模拟

第18卷第4期 刘晓晶，等：铝镁合金双路径加载充液拉深成形的数值模拟

指数n值和厚向异性指数r值较小，拉深性能较 699

差[14 15]。充液拉深的摩擦保持效应和溢流润滑效果可以控制变形区的减薄，提高板材的成形性。因此，采用充液拉深技术是提高铝镁合金等低塑性、难成形轻质材料板材零件成形极限，减少成形道次的重要手段之一。

液室压力在提高板材零件的成形极限上的主要作用是，一方面增加板料与凸模之间的有益摩擦，阻止了已成形区域板料的继续变薄，另一方面在法兰区建立起板料与凹模之间的流体润滑，减小了因压边力引起的摩擦力，从而使径向拉应力增加幅度得到缓 解[16]。但过大的液室压力会使零件在拉深初期产生破裂。因此，单纯依靠增大液室压力来提高成形极限是有限的，大高径比、低塑性材料零件的成形仍然困难。基于铝镁合金大高径比的平底筒形件成形需要，提出了带主动径向加压双路径加载充液拉深技术。采用双路径加载充液拉深技术，其液室压力、径向压力、预成形初始压力等工艺参数的选取及匹配关系，较普通的充液拉深工艺更为复杂。因此，选择合理的液室加载曲线和径向压力加载路径是应用该技术实现零件成形的关键。本文作者采用基于LS-DYNA3D为内核的大型显式动态分析软件ETA/Dynaform5.5，通过数值模拟的方法对铝镁合金平底筒形件的双路径加压充液拉深进行研究，探讨液室压力、径向压力的耦合对零件的成形和壁厚分布的影响，得到合理的液室压力加载曲线和径向压力加载路径间的匹配关系。

1 双路径加载充液拉深技术原理

双路径加载充液拉深是在原有的普通充液拉深基础上，辅以独立的液压加载系统将高压液体引至板料的法兰外缘，推动法兰区板料向成形区域流动，同时减小了零件变形区的径向拉应力，并在板料与压边圈、板料与凹模之间形成双面流体润滑，减小了摩擦阻力，从而进一步提高板材的承载能力，增加大高径比、难成形材料零件的可成形性，其成形原理如图1所示。

2 双路径加载充液拉深数值模拟

2.1 模拟模型的建立

采用仿真模拟软件ETA/Dynaform5.5对5A06铝镁合金平底筒形件的主动径向加压充液拉深过程进行有限元模拟。图2所示为5A06铝镁合金平底筒形件

图1 双路径加载充液拉深成形示意图

Fig.1 Schematic illustration of HDD process with double loading paths

图2 平底筒形件主动径向加压充液拉深模型

Fig.2 HDD with independent radial hydraulic pressure model of flat bottom cylindrical cups

主动径向加压充液拉深模型，由于筒形件的对称性，所以只选取板料和工具的1/4进行模拟即可，但此时要限制好板料边界节点的自由度，才能保证模拟结果的正确性。

板料选取5A06铝镁合金，板料直径为460 mm，厚度为1 mm，其他板料参数如表1所列。凸模直径为150 mm，凹模的直径为152.2 mm，凹模的圆角半径为10 mm，预期得到拉深比为3.1。材料模型为 37#厚向异性材料模型，即Hill屈服模型。板料单元采用成形数值模拟中应用非常广泛的Belytschko-Tsay (BT)壳单元，接触类型为单向面—面接触 …… 此处隐藏：8747字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……