范 穎

（1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100；2.泰安華魯鍛壓機(jī)床有限公司 技術(shù)中心，山東 泰安 271000）

0 引言

多點(diǎn)成形設(shè)備由4個(gè)基本的系統(tǒng)組成，分別是三維軟件繪圖系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)、多點(diǎn)成形設(shè)備、三維坐標(biāo)測(cè)量裝置。這4個(gè)最基本的系統(tǒng)可以形成一個(gè)閉式循環(huán)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全自動(dòng)化運(yùn)行。4個(gè)基本系統(tǒng)中，數(shù)字控制系統(tǒng)各動(dòng)作參數(shù)的制定最為重要，直接影響到產(chǎn)成品的成形質(zhì)量。為了獲得這些參數(shù)，對(duì)多點(diǎn)成形過(guò)程進(jìn)行有限元數(shù)值分析，并將有效的參數(shù)數(shù)據(jù)編入控制系統(tǒng)進(jìn)行成形控制，通常采用有限元分析中的非線性分析獲得這些參數(shù)數(shù)據(jù)。本文以鋼板多點(diǎn)成形為例介紹非線性分析在多點(diǎn)成形設(shè)備中的應(yīng)用。

1 鈦合金鋼板的成形

鈦合金鋼板在淬火狀態(tài)下具有很好的塑性，板材能連續(xù)生產(chǎn)，常被用于冷加工，淬火時(shí)效后有很高的強(qiáng)度，可焊性好，在高的屈服強(qiáng)度下有高的斷裂韌性，常被用作飛機(jī)蒙皮等鈑金件的生產(chǎn)加工。本文采用鈦合金鋼板冷加工成形，鋼板尺寸1500m×400m×3m，用多點(diǎn)成形設(shè)備加工成如圖1所示的弧形板。鈦合金鋼板的彈性模量為1.19×105MPa，泊松比為0.33。由于鋼板較長(zhǎng)，因此進(jìn)行有限元分析時(shí)將該問(wèn)題簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題，選取鋼板橫截面建立幾何模型進(jìn)行求解。單元類型選取PLANE183單元，首先建立圖2所示的幾何模型，圖中小圓直徑為20mm，代表多點(diǎn)成形設(shè)備中的離散點(diǎn)，上面的19個(gè)離散點(diǎn)稱為壓點(diǎn)，下面的19個(gè)離散點(diǎn)稱為支撐點(diǎn)，中間是成形鋼板的橫截面。幾何模型建成后進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分、邊界條件的設(shè)置及施加載荷，分析類型采用非線性分析，結(jié)果如圖3所示。圖3顯示的是鋼板被離散點(diǎn)壓彎變形的總位移云圖。鋼板在各壓點(diǎn)處節(jié)點(diǎn)的總位移量匯總見(jiàn)表1。因?yàn)樽冃螌?duì)稱，只選取1～10個(gè)壓點(diǎn)處節(jié)點(diǎn)的位移值。并將此值與理論值并列于表中。表1顯示實(shí)際位移和理論位移有一定的偏差。

圖1 弧形板成形圖

圖2 鋼板壓彎前的幾何模型

圖3 鋼板被離散點(diǎn)壓彎變形的總位移云圖

圖4是圖3中前6個(gè)離散點(diǎn)總位移云圖的放大圖，圖中顯示鋼板的變形不夠平滑，說(shuō)明支撐點(diǎn)的位置不夠準(zhǔn)確。

為此，在第二次分析中增加了幾何位置和載荷的補(bǔ)償量，幾何位置的補(bǔ)償量加在了下面的支撐點(diǎn)上，如圖5所示。

表1 節(jié)點(diǎn)總位移量匯總表

圖4 總位移云圖的放大圖

圖5 壓點(diǎn)位置補(bǔ)償后鋼板的幾何模型

分析結(jié)果如圖6所示，1～10個(gè)壓點(diǎn)處節(jié)點(diǎn)的總位移值與理論值一致。

圖6 壓點(diǎn)位置補(bǔ)償后鋼板變形的總位移云圖

圖7是圖6中前6個(gè)離散點(diǎn)總位移云圖的放大圖，圖中顯示鋼板變形很平滑，說(shuō)明支撐點(diǎn)的位置是合理的。

圖7 壓點(diǎn)位置補(bǔ)償后總位移云圖的放大圖

通過(guò)分析得知，第二次給定的參數(shù)比第一次給定的參數(shù)更為合理。

2 結(jié)論

有限元非線性分析可以提供多點(diǎn)成形設(shè)備控制系統(tǒng)所需控制參數(shù)。如果有限元非線性分析的前處理及求解階段的各參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確，則分析得出的結(jié)果就越接近理論值。將提取到的參數(shù)輸入多點(diǎn)成形設(shè)備控制系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)成形設(shè)備鈑金件的成形加工。

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