基于回弹控制的蒙皮拉形工艺优化研究

梅龙

摘 要：本文通过采用静力隐式算法对拉形后蒙皮零件的回弹过程进行有限元模拟，研究了凹模拉形工艺参数对蒙皮零件回弹量的影响，为了防止板料夹钳区域的拉裂、蒙皮零件的减薄过度与回弹量过大，优化了凹模纵向拉形的工艺参数，为提高蒙皮零件质量与外形精度奠定了坚实的基础。

关键词：静力隐式算法；有限元模拟；拉形；工艺参数

中图分类号：V260.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0035-01

1 蒙皮拉形过程的有限元建模

1.1 蒙皮零件结构特点及成形工艺

大型机身蒙皮零件模型见图1，零件材料为2A12-O。零件长度约8620mm，宽度弧长约1720mm。零件为双曲度蒙皮，近似为大曲率圆柱曲面蒙皮。

双曲度蒙皮零件一般采用拉形工艺，结合蒙皮尺寸及外形特点，该蒙皮采用凹模纵向拉形工艺。

1.2 蒙皮拉形过程的有限元建模流程

板料成形有限元模拟是一个极其复杂的非线性过程，涉及几何非线性、材料非线性与边界非线性。对于蒙皮零件拉形过程的有限元模拟，分析流程如下：

（1）根据蒙皮零件的数字化模型，在CAD软件（CATIA V5）建立模具型面，模具圆角半径为板料厚度的50倍，即170mm，并将模具型面导出；（2）将模具型面导入到CAE软件（ABAQUS 6.11），建立毛坯模型[8]（长度为20000mm，寬度为1900mm），并定义材料模型、边界条件与划分网格，采用三角形或四边形线性壳单元对板料和模具进行网格划分（见图2），由于飞机蒙皮零件尺寸很大、外形光滑，这里选取板料与模具的单元最大边长为50mm，板料单元数为7600；（3）对于成形过程模拟，采用静力隐式算法，提交数值计算；（4）查看模拟结果，包括相关的场变量信息或者历史变量信息，分析蒙皮零件的位移、应变、应力、厚度等数据，评价蒙皮零件成形质量，以对成形工艺进行优化。

2 成形工艺参数对蒙皮零件回弹量的影响

为了研究拉形工艺参数对蒙皮零件回弹量的影响，采用不同的拉形工艺参数：纵向预拉伸量L预拉伸、拉伸模具运动高度H凹模、纵向补拉伸量L补拉伸，分析了蒙皮零件的回弹情况。由于蒙皮零件在纵向经历拉应变，沿X方向的回弹量对蒙皮最终的尺寸精度的影响不大，因此，这里选取蒙皮零件上边缘中心区的回弹量进行对比，分别比较了沿X、Y、Z方向的回弹量，如表1所示。从表中可以看出，X方向的回弹量基本上为0，这是因为研究选取的位置基本上在零件的对称轴Y轴上。

综上所述，为了防止板料夹钳区域的拉裂、蒙皮零件的减薄过度与回弹量过大，优化后的凹模纵向拉形工艺参数如表1所示。

3 结语

本文采用静力隐式算法对拉形后蒙皮零件的回弹过程进行有限元模拟，并根据回弹量的数值预测。采用凹模纵向拉形工艺发现，随着纵向补拉量的增加，蒙皮零件的回弹量明显减小，但是考虑蒙皮零件减薄，甚至夹钳区的拉裂，本文最终选取的凹模纵向拉形工艺参数为：纵向预拉伸量L预拉伸=140mm、凹模运动高度H凹模=180mm与纵向补拉伸量L补拉伸=80mm，对凹模型面进行工艺参数优化，从而获得较高的蒙皮零件质量与外形精度。

参考文献

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