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家电产品U形件弯曲回弹有限元分析

发布于:2024-02-07 20:33
有限元分析

      家电产品在整个制造业领域占有举足轻重的地位。在家电产品的设计、制造上,除了制冷、电器控制系统上的难点之外,复杂冲压件的成形也是家电产品制造中的难点之一。冰箱竖梁等零件都是“U形件”结构件,其弯曲成形过程中的回弹量控制,将直接影响到家电产品开发的成败。
      对于“U形件”来说,回弹包含两方面的容:角部角度的回弹和侧壁卷曲。角度回弹是指板料经过弯曲,零件中的弹性变形释放导致的最终弯曲角度的变化。而侧壁卷曲则是毛坯料在拉力的作用下,经过凹模圆角,弯曲、展开变形的结果。由于残余应力的释放,导致相应区域的卷曲。
      形状复杂的冲压零件,由于冲压时材料流动极其复杂,利用板料冲压的有限元数值模拟技术,确定合理的毛坯外形尺寸和优化各种模具结构参数,对提高产品质量、降低制造成本和缩短开发周期有着重要的作用。
      DYNAFORM-PC软件是美国ETA公司与LSTC公司合作推出针对板料成形数值模拟的专业化有限元分析软件,能提供丰富高效的单元类型,能模拟弯曲、翻边、拉伸、成形、压筋和扩(缩)口等绝大部分成形工艺以及多工序冲压成形,能确定冲压件的最大应力(变)部位、输出厚向应变图、VonMises等效应力分布图和具有真实感的成形过程动画。目前DY-NAFORM己在世界各大汽车、航空、钢铁公司以及众多的大学和科研单位得到了广泛的应用。下面以家电产品上常用的碳素结构钢Q215A为例,试样尺寸为100mm×30mm×0.2mm,采用DY-NAFORM-PC软件对“U形件”弯曲回弹进行模拟。
      该试样“U形件”弯曲模拟过程及分析如下:(1)有限元数值模型图为二维对称有限元数值模型,图给出了零件的主要几何参数。零件处于平面应变状态。有限元网格如图所示,采用双线性四边形单元。
      经过网格划分,坯料展开,毛坯网格设定,模型检查,确定凸模、毛坯、凹模、压料板的相对位置等步骤,得到凸模位移曲线。
      后处理结果中提供了零件的成形信息,如零件的变形情况、主应力分布、副应力分布、平面应变向量等。
      图显示,加载过程分为3个阶段:弹塑性变形阶段、塑性变形阶段和零件被压紧阶段。图为零件温度分布图。
      图表示了中间过程和加载终了时零件的温度分布情况。高温区表明零件经历了大的塑性变形。尽管模具与零件相互接触,但由于板料厚度较小,故温度在零件厚度方向上的变化可以忽略不计。
      图表示加载过程中零件的有效应变分布情况。与温度分布情况不同的是,可以看到:在板料厚度方向上,有效应变有较大的变化。不论板料厚度大小,这是弯曲零件应变分布的主要特征。在凸模圆角附近,零件内部有相对较大的应变值,(1)凹模圆角半径。凹模圆角半径对回弹的影响程度较小;(2)凸、凹模间隙与“U形”零件的负回弹几乎呈线性关系,间隙值越大,回弹值越大;(3)压边力对“U形件”弯曲回弹的影响。压边力较小时,回弹随着压边力的增大而增加;相反,压边力较大时,回弹随着压边力的增大而减小。对应于回弹的最大值,存在某一压边力值。同时,还可以找到一压边力数值,使得回弹基本消失。(4)摩擦因数对“U形件”弯曲回弹的影响。随着摩擦因数的增加,零件的负回弹有一定程度的减小。但当μ大于某一数值时,回弹均为正值。这种趋势说明,采用合适的润滑剂,可以减小回弹值。
      文中的研究确定影响“U形件”回弹的诸多因素,提出了一些减小回弹的方法。将研究结果用于冲压生产的工程实践,进行生产的过程控制和零件质量控制,为模具制造和冲压生产从业人员提供有益的参考。


                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
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