多点拉形模具调形中弹性垫补偿方法的数值模拟研究

多点拉形模具调形中弹性垫补偿方法的数值模拟研究

多点拉形技术是一种金属板料三维曲面成形的柔性加工方法，由一系列规则排列的基本体（或称冲头）组成的阵列代替传统冲压成形的整体模具。在整体模具成形过程中，板料三维曲面零件由模具型面来成形，而在多点拉形中则由基本体球头的包络面(或称基本体群成形曲面)来完成。

各基本体的行程由计算机实时控制，根据零件的目标形状调整各个基本体的高度，从而准确、快速地构造出所需的成形曲面，实现零件的快速、柔性成形。多点拉形中的各个基本体单元的行程可以独立地进行调节，改变各个基本体的高度就相当于重新构造了成形曲面。

压痕是多点拉形中特有的成形缺陷,严重影响着板材的成形质量，是多点拉形中必须解决的问题。压痕是由于基本体上的集中载荷在板料上产生局部塑性变形形成的。

在多点拉形中抑制产生的压痕缺陷最有效的办法就是弹性垫技术。在基本体群与板料之间加入弹性垫，由于弹性垫的常采用聚氨酯、橡胶等具有良好弹性的材料，能产生较大的弹性变形，填充了基本体群之间的间隙，基本体上的集中载荷得到了分散，板材的受力趋于均匀，从而有效的抑制压痕。

弹性垫具有一定的厚度，基本体群形成的包络面不与板料直接接触。如果要成形目标曲面，基本体群调形就要考虑到弹性垫的厚度。

另一方面为得到较精确的成形件曲面，在基本体调形时必须考虑到弹性垫变形的问题。弹性垫变形是不均匀的，对成形精度有很大影响。

压缩量是弹性垫变形量和初始厚度的比值，它可以用来表示弹性垫的变形程度，是调形中形面修正的重要参数。通过有限元软件模拟出拉形的过程，对成形

不同参数的板料和使用不同的弹性垫下的结果进行研究，比较不同参数下成形面的修正情况。

主要研究内容如下：（1）对不同形面调形中弹性垫的补偿的数值模拟研究成形球面件时，垂直与拉形方向由内到外，开始压缩量变化不大，但由于球面件是双曲率形面，在垂直与拉形方向的边缘不易贴模，冲头对弹性垫的载荷相对较小，弹性垫的厚度变化相应的较小，从而计算得到的压缩量也较小。基本体需要调整的高度从正向逐渐增大再到负向的逐渐增大。

而在拉形方向，从中心到边缘载荷不断增大，弹性垫的应力变大，厚度变化增加，压缩量也随之增大。调整的高度也逐渐增大。

成吉林大学硕士学位论文形柱面件时，由于柱面件是单曲率形面，垂直与拉形方向的曲率为0，这样在垂直拉形方向弹性垫受到的载荷变化不大，压缩量变化也很小，在这个方向上可以不做调整。在拉形方向上，从中心到边缘压缩量不断增大，高度的修正量也在增大。

（2）成形不同参数板料调形中弹性垫补偿的研究板料厚度对调形中弹性垫补偿的影响是由于板料的厚度的增加使板料抵抗变形的能力随之增强，若要成形相同的形状需要施加更大的力。厚度的增加使整个板料的成形力都增加了。

所以在其他参数相同的条件下，不论是X、Y还是斜线方向，板料加厚，弹性垫的不均匀变形都会增加，基本体高度的调整也会变大。成形面的曲率半径的影响是由于曲率半径不同，所加载的位移约束也有所不同，半径越小，曲率越大，成形相同大小的板材情况下，位移约束加载也越大。

这样弹性垫受到的载荷也变大，压缩量变大，但AB列的变化不大，基本体调整较小。但在垂直拉形方向的边缘区域，半径越小，冲头对弹性垫的集中载荷

区域越不明显，这是因为半径变小，曲率变大，贴模变得困难。

半径越小，垂直拉形方向压缩量下降的越快，这时基本体的高度的调整也相应变大。不同材料对弹性垫厚度变形的影响主要是每种材料都有自己的应力-应变曲线，屈服点、密度都有所不同，这样成形每种材料的成形力也不相同，在模拟的两种的模型中钢模型中弹性垫不均匀变形较大，弹性垫补偿较多，铝合金相对较小一些。

（3）成形件调形中弹性垫参数变化对补偿影响的研究弹性垫厚度增加，基本体调整高度变大。对弹性和超弹性两种弹性垫模型进行了模拟比较，超弹性模型的形状变化要小于弹性模型，基本体调整较小。