应用JSTAMP／NV的管材液压成形案例仿真.pdf

S T L 淮安仕泰隆国际工业博览城 全球招商热线 0 5 1 7 - 8 6 2 9 9 9 9 9 网 www．s t lep．c om 应用J S T A M P ／ N V的管材液压成形案例仿真 引言 李彦波 ， 刘荣丰2刘红武 1 ． 广州中国科学院工业技术研究院 广东广州 5 1 1 4 5 8 2 ．J S O L 株式会社 日本 东京4 6 0 0 0 2 【 摘要】 为有效地预测管材液压成形过程中存在的问题， 比如 制件在外侧过度减薄和内侧 起皱， 用J S T A M P ／ N V 对汽车副车架液压成形工艺过程进行有限元模拟分析， 得出各工序的 仿真结果。应用逆向求解器H y s t a m p 仅需直接指定管坯的尺寸参数、 材料和弯曲工艺参数 即可 自动执行弯曲仿真计算并可在几秒内获取弯曲仿真的结果； 应用L S D Y N A 执行预成 形和液压成形工序仿真的计算， 需设定液压成形工序的工艺参数， 包括液压加载的曲线和 方向以及轴向进给位移。J S T A M P ／ N V能有效模拟管材液压成形工艺过程并预测成形过程 中在变形区出现的屈曲、 起皱和破裂等缺陷， 可以为工艺试验提供指导。 关键词 副车架； 管材液压成形； 破裂； 起皱； 数值模拟； J S T A M P ／ N V 中图分类号 T P 3 9 1 ． 7 文献标识码 B Nu me r i c a l S i mu l a t i o n o f T u b e Hy d r o f o r mi n g Ba s e d o n J S TAM P f NV 【 A b s t r a c t 】 T o p r e d i c t t h e p r o b l e m s w i t h e x c e s s i v e t h i n n i n g o f t h e l a t e r a l a n d w r i n k l i n g o f t h e me d i a l i n p r o d u c t s o f t u b e h y d r o f o mr i n g p r o c e s s e f f e c t i v e l y ， t h e fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s o n t u b e h y d r o f o r mi n g p r o c e s s a r e p e r f o r me d f o r a u t o mo b i l e s u b f r a me f o r mi n g b y J S T AMP ／ NV，a n d t h e s i mu l a t i o n r e s u l t s o f t h e e a c h p r o c e s s w e r e o b t a i n e d ． T h e a p p l i c a t i o n o f r e v e r s e s o l v e r Hy s t a mp o n l y s p e c i f y t u b e s i z e p a r a me t e r s ， ma t e r i a l s a n d b e n d i n g p r o c e s s p a r a me t e r s c a n b e p e rfo r me d a u t o ma t i c a l l y b e n d s i mu l a t i o n a n d c a n o b t a i n t h e b e n d i n g s i mu l a t i o n r e s u l t s wi t h i n a f e w s e c o n d s ；a p p l i c a t i o n o f L S DYNA i mp l e me n t a t i o n o f p r e - f o r mi n g a n d h y d r o f o r mi n g p r o c e s s e s s i mu l a t i o n c a l c u l a t i o n s n e e d t o s e t h y d r a u l i c s h a p i n g p r o c e s s p a r a me t e r s ， i n c l u d i n g h y d r a u l i c l o a d i n g c u r v e a n d t h e d i r e c t i o n a n d a x i a l fee d d i s p l a c e me n t ． J S T AMP ／ NV c a n e f f e c t i v e l y s i mu l a t e t h e t u b e h y d r o f o r mi n g p r o c e s s a n d c a n p r e d i c t d e f e c t s s u c h a s b u c k l i n g ， wr i n k l i n g a n d c r a c k i n t h e d e f o r ma t i o n z o n e f o r f o r mi n g p r o c e s s e s ， w h i c h c a n p r o v i d e g u i d a n c e for p r o c e s s t e s t i n g ． Ke y wo r d s s u b f r a me ； t u b e h y d r o f o r mi n g ； c r a c k ； wr i n k l e ； n u me r i c a l s i mu l a t i o n ； J S T AMP ／ NV 自2 0 世纪9 0 年代起液压成形技术因受到汽车界 的极大瞩 目而蓬勃发展 ， 目前 已成为 国际汽车产业 的 主 口 口口 流制造技术之一。具有重量轻、 刚性强、 精度高、 产 一 体型化及形状可塑性强等优点的管材液压成形 技术已广泛应用于汽车、 航空、 航天和管道等行业中， 主要适用 于 沿构件轴线变 化的圆形 、 矩形或异形截 空心结构件， 如汽车的排气系统异型管件； 非圆形 面空心框架， 如前副车架 、 仪表盘支架、 车身框架； 空心轴类件和复杂管件等 。图 1 为液压成形工艺应用 于汽车中所制造出的一些典型零件。 图1 管液压成形在汽车上应用零件 由于管件液压成形工艺过程相对复杂 ， 新产品的 开发 和试制 中 ， 除进行必要 的工艺试 验外 ， 采用有 限 模具制造} 2 0 1 2 年第7 期 面 哉 CEPC 中国。 昆山 t l l w ww． s t lj t ．c o m 元数值模拟是减少开发时问、 节约成本的重要手段。 基于有限元的数值模拟技术能反映液压成形过程， 预 报成形缺 陷 ， 显示成形情况与结果 ， 给出壁厚 、 应力应 变分布； 通过仿真试验还可获得最优的加载曲线 、 模 具与管件的尺寸和形状参数等以为实际的工艺试验 提供指导。本文介绍了钣金成形仿真 软 件 J S T A MP ／ N V中专 用 于管 材 液压 成形仿真分析的仿真模块， 并以某汽 车副车架为例， 应用J S T A MP ／ N V执行 管液压成形有限元数值模拟分析， 并 概述 了基于钣金成形仿真分析软件 J s T A MP ／ N V 进行管材液压成形仿真的 操作流程。 以某 汽车副车架的管材液压成形过程为例 ， 应用 J S T A MP ／ N V软件进行数值模拟分析。 3 ． 1 副车架液压成形工艺过程 如图2 所示， 副车架液压成形工艺过程一般包括 C N C 弯曲、 预成形、 和液压成形等主要工序。 2 J s T A MP ／ N V的管材液压成形模块 J S T A MP ／ N v软件是一款 以通用求解器 L S D YN A 为核心的高精度钣金冲压成形有 限元分析软件 ， 开发 中融合了J S O L 公司十余年来为丰田汽车提供咨询服 务的经验， 定位于以更完善的前后处理系统实现高精 度的模拟， 界面友好 ， 操作便捷。对管材液压成形、 加 热成形和汽车外覆盖件表面质量的预测等新课题 ， 都 提供了相应的解决方案。 管材液压成形是以管材作为坯料 ， 通过管材内部 施加高压液体和轴向补料把管材压入到模具凹模 中 使其成形为所需形状的工件。针对这种工艺的特殊 性， J S T A M P ／ N V 软件拥有一个单独开发的管材液压成 形模块 。该模块有如下特征 1 应用逆向求解器H y s t a m p 执行管材弯曲工艺 仿真的计算 ， 可快速获取仿真结果 ， 以下述的汽车副 车架仿真为例， 采用 P e n t iu m 4 2 ．0 G H z 处理器 ， 仅用 1 0 秒钟即可完成弯曲工序的计算n 。 2 在弯曲工序的仿真中不需要模具和管材的有 限元网格， 通过直接指定管坯的尺寸参数、 材料和弯 曲工艺参数即可自动执行弯曲仿真计算， 此外 ， 还拥 有是否考虑 回弹变形的弯 曲计算选择项。 3 应用 L S D Y N A执行预成形和液压成形工序 仿真的计算 ， 在管材液压成形工序的仿真中可方便快 捷地设定液压加载的曲线和方向及其轴向进给位移 的加载 。 3 案例介绍 图 2 副车架液压成形工艺过程 1 弯曲工序把直管坯弯曲成与最终产品形状的 中心轴线相 同或相近的弯管以便 于后续工序的加 工 。由于副车架零件轴线多为复杂空间曲线 ， 为了保 证弯曲件精度， 在实际加工中需采用C N C 弯曲。弯曲 工艺的关键问题是控制外侧减薄和内侧起皱， 同时要 控制回弹量 ， 以确保制件精度。 2 预成形是液压成形工艺中最关键工序 ， 预成 形管坯形状是否合理直接关系到制件的形状和尺寸 精度及壁厚分布。由于副车架空间形状和截面形状 变化复杂， 很难直接通过液压成形获得最终的制件， 因此 ， 需要追加一道预成形工序解决将管材顺利放到 终成形模 中， 通过合理截面形状 以预先有效分配金属 的流动控制壁厚分布并提高管坯在液压成形 工艺 中 的可成形性 。 3 液压成形是管材液压成形的最后一道工序 ， 影响液压成形工艺过程和产品质量的因素较多 ， 包括 摩擦 、 轴向进给和内部液压力等。在成形的初始阶 段 ， 若轴向推力过大且内部液压力不足， 管坯会出现 失稳起皱 ； 反之 ， 则会 出现管坯壁厚过度减薄甚至破 裂 。在成形过程 中， 内部液压力与轴向进给的加载控 制十分关键 ， 两者 间必需合理 匹配才能避免液压成形 过程 中出现各类缺陷。 3 ． 2 基于J S T A M P ／ N V管材液压成形仿真的流程 利用J s T A M P ， N v软件对汽车副车架执行管液压 成形仿真的一般步骤如图3 所示。 3 ． 3 管坯尺寸及材料参数 管坯尺寸为 长度 3 ， 8 7 0 m m， 外径 1 0 0 m m， 内经 模具制造 2 0 1 2 年第7 期 7 S T L 淮安仕泰隆国际工业博览城 全球招商热线 0 5 1 7 - 8 6 2 9 9 9 9 9 网址 WWW． s t l e p ． c o m 9 8 m m， 仿真所用的材料参数如表 1 所示 。利用 J S T AMP ／ N V进行材 料设定 时 ， 屈服 函数采用 Hi l l ’ 4 8 模型 ， 硬化准 则是各 向同性硬化 ， 利 用 S w i f t 方程 式建 立 应力一 应 变关 系曲线 ， 材料的应力一 应变关 系曲线如图4 所示。 3 ．4 仿真工序及其结果 3 ． 4 ． 1 弯曲工序 如图 5 所示 ， 在仿真中需要 逐步分别设定6 次弯曲的工艺参 数， 包括运送量 、 扭曲角度 、 弯曲 半径和弯曲角度 ， 即可进行弯曲 仿真工序的计算。如图6 所示为 弯曲后管坯的成形极限云图， 图 示表明 弯曲工序后管坯表面没 有明显的破裂或褶皱缺陷。 3 ． 4 ． 2 预成形工序 如图7 所示 ， 为预成形过程 中 管坯的板厚减薄率分布图， 由图7 可 知 在下部 拐角段 的外 侧管坯 的板厚减薄率最大 ， 为 1 0 ． 9 ％。 3 ． 4 - 3 液压成形工序 图 8 所示 为液压 成形工序过 程中加载的内部压力和轴向进给 量 曲线 图 ， 图 9 所 示 为管坯 的板 厚分 布情 况 。 由图 9可知 制 件 直段部分的壁厚分布 比较均匀 ， 平均减 薄率 在 5 ％左 右 。液压 成 形 丁 序 后 制 件 的 最 小 壁 厚 为 1 ． 7 7 m m， 位于管坯 下部 的拐角段 外侧 ； 最 大 壁厚 为 2 ． 2 7 mm， 位 于 管坯下部的拐角段 内侧。 弯 曲 1 二 序 映射弯曲工序计算结果 ①显示解析结果 ②显示板厚等云图 ③查看应力分布 图 ④查看F L D 分布图 ⑤其他⋯⋯ 后处理 输入预成形模具三维数据 划分网格 、 执行检查与修正 网格分配到相应 的模具 设定模具及其他工艺参数 执行模具 网格组装 模具 与管坯定位 查看行程／ 载荷 动画， 确定 模具动作过程及参数 ①模具运动速度及行程 ②接触摩擦系数值 ③压边力大小 对液压成形工序还包括 ④液压力载荷大小 ⑤液压力加载区域 ⑥轴向进给位移 图3 基于J S T A MP ／ N V的管材液压成形仿真流程 ／ ／ ／ 。 f ．． 图4 材料的应力一 应变曲线 图6 弯曲工序的成形极限云图 表 1 管坯的材料参数 管坯 厚度 密度 屈服应力 弹性模量 m m k g m。 MP a MP a 2 ． O 7 8 5 0 2 21 ． 0 2 0 7 0 0 0 强化 系数 面内各 向 硬化指数 泊松 比 MP a 异性 系数 0．2 3 2 5 71 ． 1 0- 2 8 1 ． 9 0 8 弯 曲工序的工艺参数值 运送量S 扭曲角度A 弯曲半径 R 弯曲角度 l 4 0 0．0 O 0 ．0 o 3 5 0 ．o o 3 0 ．O O 2 2 0 0．0 0 1 8 0．0 O 3 5 0 o 0 3 0 ．o 0 3 2 0 0．0 0 9 0 ．0 O 3 5 0 ．O 0 9 0．O 0 4 2 0 o ． O 0 0 ．0 0 3 5 0 ．0 O 9 0．O 0 5 2 0 0 ． O 0 9 0 ． o o 3 5 0 ．0 0 3 0．0 O 6 2 0 0 ． 0 o l 8 0 ． 0 0 3 5 0 ．o o 3 0．0 0 图5 弯曲工序仿真工艺参数设定 图7 预成形工序的减薄率分布图 8 模具制造 2 0 1 2 年 第7 期 预成形 工序 T土管液压成形 工序 CEpC 中国 昆山 网址 WW W． s t lj t ． c o rn P r o ／ E软件在收音机后盖注射模设计 中的应用 张燕琴 东莞职业技术学院 广东东莞5 2 3 8 0 8 【 摘要】 对收音机后盖塑件进行 了注射工艺性分析、 注射模设计， 并将模具设计方案导入 C A E 软件 ， 设置工艺参数进行模拟计算， 分析计算结果进而优化模具设计方案和工艺参 数， 这对实际生产有较大的参考价值。 关键词 收音机后盖； 注射模； 成型模拟 中图分类号 T Q 3 2 0 ． 6 6 文献标识码 B Ap p l i c a t i o n o f P r 0 ／ E S o f t wa r e i n De s i g n o f I n j e c t i o n M o l d f o r t he Ra d i o Ba c k Co v e r Pa r t s 【 A b s t r a c t 】 I n t h i s p a p e r ， t h e i n j e c t i o n m o l d in g p r o c e s s o f a r a d i o b a c k c o v e r p a r t w a s a n a l y z e d ． T h e p l a s t i c mo l d p r o g r a m wa s i mp o r t e d i n t o C AE s o f t wa r e a f t e r i t wa s d e s i g n e d ． An d t h e n t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s w e r e o b t a i n e d a f t e r s e t t i n g t h e p r o c e s s p a r a me t e r s a n d c a l c u l a t i n g w h i c h wi l l o p t i mi z e t h e mo l d d e s i g n a n d p r o c e s s p a r a me t e r s ． Ke y wo r d s r a d i o b a c k c o v e r ； i n j e c t i o n m o l d ； i n j e c t i o n mo l d i n g s i mu l a t i o n 1 塑件分析 收音机后盖如图1 所示 ， 塑件外形为类长方形 ， 长、 宽、 高尺寸分别为 l 8 0 l 2 0 6 0 m m； 塑件四周不允 许有飞边 ， 不允许有顶白、 气孔等缺陷； 塑件外表面需 内部压力／ MP a 轴 向进给位移／ mm 0 0 ． 【 U 5 0 ． 【 J l 0 ． 0l 5 U ． O 2 U ． 0 2 5 时间／ s 图8 液压成形工序的内部压力和轴向进给量曲线 4 结束语 完整的管材液压成形工艺需要将零件设计、 材料 选择、 内部压力的加载和轴向进给等工艺条件和参数 进行合理 的组合 -z 。通过有 限元方法 ， 工艺参数可 以 在制造模具 和开始试模前 确定 。J S T A MP ／ N v能够非 常有效地模拟管材液压成形工艺 过程 ， 并可 以预测成 形过程中在变形区出现的缺陷例如屈曲、 起皱和破裂 等 以为实 际工艺试验提供指导 。 参考文献 图9 液压成形工序的板厚分布图 【 1 ] N ． Ma ， Y ． U me z u a n d Y．Wa t a n a b e D e v e l 0 p m e n t a n d A p p l i c a t i o n s o f S i mu l a t i o n S y s t e m J S T A MP ／ N V f o r T u b e H y d r o - F o r m i n g [ J ] ． N U MI F O R M 2 0 0 7 ， P r o c ．o f P o r t o ，2 0 0 7 ， 6 1 7 ～ 2 1 [ 2 】 N ． Ma ，Y． U me z u ，Y ． Wa t a n a b e a n d T ． H a n a d a s i mu l a t i o n s y s t e m J S T AMP ／ NV a n d i t s a p p l i c a t i o n s t o t u b e h y d r o f o rm i n g [ J ] ，P r o c ． ， T U B E H Y D R O 2 0 0 7 ， H a r b i n ， C h i n a ， 2 0 0 7 ， 6 第一作者简介 李彦波， 男， 1 9 8 5 年生， 硕士， 研究 方向为有限元仿真软件 的开发与应用 。 收稿 日 期 2 0 1 2 0 5 1 9 ． j 2 模具制造 2 0 1 2 年第7 期 9 2 O 8 6 4 2 0 g g ∞ 塞 道