蘇海迪，吳 量，朱書(shū)建，常 雪

液拉深是指利用流體介質(zhì)代替凹模，在板材成形過(guò)程中通過(guò)液體壓力使板材貼附于凸模外表面，從而成形出特有結(jié)構(gòu)[1]。同傳統(tǒng)板件成形方法相比，具有拉伸比大、表面質(zhì)量好和精度高等優(yōu)點(diǎn)[2]。付金蕊[3]利用充液拉伸工藝對(duì)AA6009鋁合金車門(mén)外板進(jìn)行研究，得到了液室壓力同壓邊力的最優(yōu)匹配關(guān)系。本文通過(guò)有限元軟件DYNAFORM對(duì)不同預(yù)脹壓力進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比分析中截面厚度分布曲線，得到預(yù)脹對(duì)充液拉深作用的一般規(guī)律。

1 有限元模型的建立

本文選用材料為36號(hào)低碳鋼（DQSK），厚度為2 mm，材料密度為7.85 kg/m3，力學(xué)性能參數(shù)中彈性模量為207 GPa，泊松比為0.28，硬化指數(shù)為0.24.原始板坯半徑R=65 mm，凸模底面半徑為15 mm，底端圓角為10 mm，高度為30 mm.有限元模型如圖1所示，主要包括凸模、壓邊圈、原始板坯和凹模，其中凸模、壓邊圈和凹模均定義為剛體，原始板坯單元個(gè)數(shù)為1 536個(gè)，模具單元個(gè)數(shù)為3 261個(gè)。

圖1 筒形件充液拉深有限元模型

充液拉深過(guò)程中首先在凹模液室內(nèi)部注入一定液體，提供板件初始預(yù)脹形壓力，預(yù)脹形后凸模開(kāi)始下行，液室中的壓力作用于板件上，使其包裹在凸模外表面成形出零件結(jié)構(gòu)[4]。

2 充液拉深數(shù)值模擬

本章通過(guò)分析不同預(yù)脹壓力作用下成形零件中截面壁厚分布來(lái)研究預(yù)脹壓力對(duì)充液拉深作用的影響規(guī)律，中截面各測(cè)量點(diǎn)分布如圖2所示。

圖2 中截面各測(cè)點(diǎn)分布

為探究初始預(yù)脹形壓力值對(duì)充液拉深結(jié)果的影響規(guī)律，分別選取預(yù)脹壓力為0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa和10 MPa進(jìn)行數(shù)值模擬，板坯與壓邊圈和凹模間的摩擦系數(shù)設(shè)為0.01，板坯與凸模間的摩擦系數(shù)設(shè)為0.8.液室壓力及壓邊力加載路徑如圖3所示，液壓作用時(shí)間共0.02 s，其中0~0.006 s為初始預(yù)脹形階段，0.006 s~0.02 s為高壓脹形階段，后者采用線性加載至40 MPa；預(yù)脹形階段壓邊力為20 kN，高壓脹形階段壓邊力線性降至4 kN.如圖4所示為以上六種工況作用下中截面壁厚分布曲線圖。

圖3 液室壓力及壓邊力加載路徑

從圖4中可以看出，中截面壁厚相對(duì)中點(diǎn)呈軸對(duì)稱分布，在筒形件邊緣有明顯的增厚現(xiàn)象，在4、6、10和12測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)明顯減薄，其中6和10測(cè)點(diǎn)減薄最為劇烈，意味著中截面上的四個(gè)圓角過(guò)渡區(qū)在成形過(guò)程中減薄較為明顯，測(cè)點(diǎn)8相對(duì)兩側(cè)厚度最大，說(shuō)明筒形件底面中心厚度相對(duì)較大；從圖中可以看出隨著預(yù)脹壓力的增加，測(cè)點(diǎn)6、7、9和10減薄幅度相對(duì)其他測(cè)點(diǎn)較大，說(shuō)明此處受預(yù)脹壓力變化影響較大；當(dāng)預(yù)脹壓力為10 MPa時(shí)，中截面的最小壁厚為1.71 mm，最大減薄率為14.5%；隨著預(yù)脹壓力的增大，中截面最小壁厚先增大后減小，在預(yù)脹壓力為4 MPa時(shí)最小壁厚最大為1.78，最大減薄率為11%，此時(shí)中截面壁厚分布最為均勻，成形質(zhì)量最好。

圖4 測(cè)量點(diǎn)壁厚分布曲線

3 結(jié)束語(yǔ)

初始預(yù)脹壓力對(duì)筒形件充液拉深成形質(zhì)量的影響較為明顯，在筒形件充液拉深過(guò)程中，圓角區(qū)域減薄較為劇烈，隨著預(yù)脹壓力的增大，中截面最小壁厚先增大后減小，最大減薄率先減小后增大；在預(yù)脹壓力為4 MPa時(shí)達(dá)到最為理想的效果，壁厚減薄率最小，分布最為均勻。因此選取合適的預(yù)脹壓力能夠有效提高筒形零件的成形質(zhì)量，過(guò)大或者過(guò)小的預(yù)脹壓力都會(huì)降低零件成形質(zhì)量。

[1]郎利輝，張文尚，劉康寧，等.液室壓力對(duì)異形長(zhǎng)法蘭盒形件充液成形過(guò)程的影響[J].鍛壓技術(shù)，2016，41（9）：41-45.

[2]Huiting Wang，Lin Gao，Minghe Chen.Hydrodynamic deep drawing process assisted by radial pressure with inward flow ing liquid[J].International Journal of Mechanical Sciences，2011，53：793-799.

[3]付金蕊.鋁合金車門(mén)外板變壓邊力充液拉深工藝數(shù)值模擬研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2014.

[4]郎利輝，Danckert J，Nielsen K B.板液壓成形無(wú)模充液拉深及數(shù)[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2002，9（4）：29-34.