DP600极限拉深有限元模拟技术研究

陈灿　马智勇

摘 要：基于dynaform有限元软件对DP双相钢的拉深行为进行了有限元仿真实验研究，通过分析有限元不同成形条件下的压边力和冲头力等参数，发现拉深过程参数中的压边力、冲头力等关键参数的变化规律，对实际工程生产设计具有很强的指导意义。

关键词：拉深实验 有限元方法 DP钢

中图分类号：TG38 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0033-02

有限元模拟实验可以反映不同等级钢的拉深性能，众多国内外学者对拉深的有限元过程进行了研究[1-7]，如果外表面应力超过FLC那么达到失效准则，发生局部颈缩。

该实验方案是一个经过半圆形凸模拉深的圆柱杯，依据现有FLC判断未发生局部颈缩和破裂的测试。同时，假设压边力在整个实验过程中是一个恒定的值。具体内容分为判断不同拉深率小板料的最大压边力。

1 仿真几何模型和材料参数

所有的工具部件都由硬化工具钢制造，HCR60，由摩擦学相关知识得到，在拉深过程中与板料接触的的表面需平整光滑，或者抛光表面粗糙度不超过Ra=0.5um（没有毛刺）。本实验中使用的材料为双相钢（DP600 ZE）初始厚度为1.03mm。依据金属材料手册查得材料的摩擦和材料数据如下述表格。

预切板材需要加工到需要的尺寸。推荐使用每个板材靠近中心区的轧制方向。采用合适的网格模式来测量外表面的引力，最大网格半径是5mm，2mm的网格也可以，人工或自动记录结果。

板料利用超声波处理或其他等效的方法经过去油处理，每次拉深润滑量约2g/m2，所有的实验均需要润滑。

2 有限元仿真模型建立

该文模拟所用的毛料直径为150mm，160mm，170mm三种规格，板厚统一为 1.03mm，成型后零件直径为100mm。按照拉深模具设计规则设计出模具，采用CATIA软件建立模具，模具及毛料几何模型。将上述模型导入Dynaform前处理系统建立三维几何模型。其中，所有的仿真采用统一的凹模及凸模模型，采用CATIA建模数据导入，板料依仿真需求更改直径尺寸。压边圈由凹模在Dynaform中偏移生成。建模过程中网格划分尺寸参数为：凸模凹模最大尺寸30mm，最小尺寸0.5mm，板料最大尺寸 2.5mm，最小尺寸0.5mm。模拟过程统一采用自动设置模式，依次设置板料，工具，工序，控制参数。图1为划分网格以及设置后的仿真模型。

定义板料为弹塑性材料，采用材料库中的materials type36号材料模型，仿真过程中，凸模速度设定为2000m/sec，压边力依据实验一仿真要求设定。实验一依次设置压边力，根据成形情况找到最大压边力。

3 仿真结果与分析

仿真所得结果如下。

（1）为确定拉深率为1.7时的最大压边力，对直径为170mm的板料进行多次拉深实验，以板料发生颈缩或破裂时的压边力为最大压边力。图2为冲压力为150KN、170KN、180KN时材料成型情况。

（2）同理，为确定拉深率为1.6和1.5时的最大压边力，分别对直径为160mm和150mm的板料进行多次拉深实验，以板料发生颈缩或破裂时的压边力为最大压边力。最终结果总结为：拉深率β=1.7，最大压边力180KN；拉深率β=1.6，最大压边力219KN，拉深率β=1.5，最大压边力170KN；

3.1 最大压边力

将仿真得到的拉深率为1.5，1.6，1.7时的最大压边力与实验值对比如图4及图5，最大压边力的实验值随着拉深率的增加而降低，模拟值中拉深率为1.6和1.7时与实验值吻合较好，拉深率为1.5时，与实验值出现较大偏差，仿真中参数设置或实验中实验条件的改变都有可能导致此类误差。

3.2 最大冲头力

将仿真得到的拉深率为1.5，1.6，1.7时的最大冲头力与实验值对比如图5及图6，由实验均值与模拟结果的线形图可以看出，实验与模拟较符合。可以看出随着板料直径的增大，实验过程中最大的冲压力也增大。

4 结语

通过建立板料拉深的有限元模型，本文成功的模拟了板料拉深过程中的变形过程，并通过分析拉深过程参数中的压边力、冲头力等关键参数的变化趋势，验证了模型的可靠性，为拉深理论的后续研究打下了基础。

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