基于PS2F的铝型材拉弯回弹研究

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２塑性工程学报第１４卷

试验确定拉弯参数的依赖性，世界知名的航空零件制造装备提供商法国ＡＣＢ公司于２０世纪末着手开发了基于解析算法的型材２Ｄ拉弯仿真及数控代码自动生成软件ＰＳ２Ｆ（ＰｒｏｆｉｌｅＳｔｒｅｔｃｈ２ＤＦｏｒｍｉｎｇ），作为一款附加产品配套给公司生产的型材拉弯设备使用。Ｐｓ２Ｆ软件能够对型材张臂式拉弯过程进行仿真，对型材拉弯的可行性进行判断，根据型材零件的形状特点和摩擦接触状态来自动优化夹钳加载轨迹，能够计算回弹量，并对模具型面进行相应的补偿。根据仿真优化的结果及具体的型材拉弯设备，ＰＳ２Ｆ软件能够自动生成相应的数控代码，从而驱动机构的可靠运动，并且避免了仅凭个人经验及通过试验确定加工参数的困难［２］。由于ＰＳ２Ｆ的仿真过程基于解析算法，因此具有很高的计算效率。ＰＳ２Ｆ软件提供的缺省拉弯模式为先拉伸，后弯曲，再补拉伸，且在弯曲过程中能够根据零件的接触摩擦状态的变化自动调整拉伸力。ＰＳ２Ｆ软件在计算过程中综合考虑零件的拉伸变形量及卸载后回弹量的合理匹配，其计算得出的夹钳运动轨迹通常被认为是一种较优的加载方案。ＰＳ２Ｆ软件在计算过程中不考虑型材的截面畸变（认为型材截面已经受到足够的支撑从而可以避免截面畸变的发生）。

ＡｃＢ公司的实践表明，Ｐｓ２Ｆ软件具有较高的精度和可靠性，基本上能够满足工程应用的需要。本文将采用ＰＳ２Ｆ软件所提供的缺省拉伸力控制模式进行计算。

２铝型材张臂式拉弯仿真及回弹分析

２．１回弹仿真计算条件

仿真计算采用中空矩形截面的铝型材，截面尺寸为８０ｍｍ×４０ｍｍ×３ｍｍ。考虑３种铝合金挤压型材：２０２４（两种热处理状态，即退火态Ｏ和新淬火态Ｗ）、６０６０（Ｔ４）和６０８２（Ｔ５）。材料应变硬化曲线采用Ｓｗｉｆｔ方程描述为

盯一Ｋ（ｅｏ＋ｅ。）”（１）式中仃——真实应力

ｅ。——塑性应变

Ｋ——强度系数

咒——硬化指数

材料性能参数参照同类材料的试验结果给定，如表１所列。２０２４的材料性能参数参照ＡＣＢ公司提供的数据，６０６０Ｔ４盼陛能参数参照国外某汽车公司的数据，６０８２Ｔ５的性能数据参照本单位的相关试验结果［３｜。

仿真计算中只考虑单曲率弯曲的情况，并分别选择３种弯曲半径Ｒ一８００ｍｍ，１４００ｍｍ，２０００ｍｍ和３种弯曲角度ａ一６０。，１０６。，１５０。进行分析。

表１铝合金材料种类及相关性能参数

Ｔａｂ．１Ｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓ

弹性模量屈服应力抗拉强度均匀延伸率强度系数硬化指数厚向异性铝合金状态屈强比

Ｅ。ＭＰａ∞．２，ＭＰａ吼，ＭＰａｅ。，％Ｋ系数ｒ０７０８２０１２４．８２２２．１Ｏ．５６２１３．６３６１．６Ｏ．１７６４Ｏ．５１５

２０２４

Ｗ７１１５４２１３．９４２５．６Ｏ．５０３１１．６１００５．５４Ｏ．３６１４Ｏ．３７１６０６０Ｔ４７００００１５９．Ｏ２８５．ＯＯ．５５８１７．７５２３Ｏ．２４５Ｏ．４２

６０８２Ｔ５６５０５０２８８．２３０３．５Ｏ．９５０６．Ｏ４２５．８５０．１１３９Ｏ．７０７

分析时只考虑单道次拉弯，并选择先拉伸后弯曲再补拉的加载模式，夹钳的运动轨迹（即预拉量、弯曲包覆过程的拉伸变形量及补拉量）由仿真软件在计算过程中根据材料的性能参数、变形情况及摩擦状态等自动进行优化。型材与模具间的摩擦系数设定为ｏ．１。型材毛坯有效长度由弯曲半径和弯曲角度来确定，两端的工艺余量都取２００ｍｍ。ＰＳ２Ｆ仿真软件计算时不考虑拉弯过程中型材的截面畸变。

拉弯结束卸去外载荷后，型材零件将产生一定的回弹。回弹可以用多种指标进行衡量，如曲率的变化、回弹角及回弹位移量等。本文采用零件端部的回弹位移量ｓ（取绝对量值）作为衡量回弹的指标，如图２所示。

图２回弹量ｓ的定义

Ｆｉｇ．２Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆ

ｓｐｒｉｎｇｂａｃｋ眦ｇｎｉｔｕｄｅ

２．２回弹计算结果及分析

图３给出了不同弯曲半径下回弹量ｓ与弯曲角

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基于PS2F的铝型材拉弯回弹研究

作者：金朝海， 周贤宾， JIN Chao-hai， ZHOU Xian-bin

作者单位：北京航空航天大学,飞行器制造工程系,北京,100083

刊名：

塑性工程学报

英文刊名：JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING

年，卷(期)：2007,14(3)

被引用次数：1次

1.金朝海铝合金型材拉弯成形有限元仿真建模及成形过程的数值模拟[学位论文] 2004

2.ACB公司PS2F软件用户手册 2005

3.FRANK Vollertsen Extrusion,channel,and extrusion bending:a review 1999

1.金朝海.谷诤巍.赵亚夫.周贤宾基于数控代码的2D型材拉弯夹钳运动轨迹确定及有限元仿真[期刊论文]-中国机械工程 2008(17)

本文链接：/Periodical_sxgcxb200703001.aspx