拉延筋技术.docx

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拉延筋技术

拉延筋技术

                                               拉延筋技术

1.拉延筋在板料拉深中的作用

拉深成形生产中，尤其是象车身覆盖件等这样的大型工件的拉深工序中，往往会因为零件几何型面的不对称，使得板坯在成形时各处材料沿凹模口的流动速度不均衡（图1一1），造成拉深后的工件，局部减薄量大出现颈缩或者破裂，而有些部位出现起皱、波纹等质量缺陷。

为了改善这种状况，需要在压料面上控制对工件不同部位提供的进料阻力（毛坯在进入凹模前遇到的阻力），即在需要材料多的部位相应的进料阻力小，而在需要材料少的部位相应的进料阻力大（图1一），从而平衡坯料在凹模口部的流动速度差异（图1），提高零件成形质量。

改变压料面上进料阻力的方法有:

1.改变压边力或采用变压边力压边

2.改变压料面与模具之间的间隙

3.改变凹模口圆角半径

4.设置拉延筋等。

设置拉延筋是应用较灵活方便、修改较容易的一种方法，主要表现为:

（1）控制变形区材料的进料阻力，调节冲压变形区的拉力及其分布

（2）通过对拉延筋各项参数的适当配置，能够通过均衡工件各部分的进料阻力来调节材料的流动情况，增加坯料流动的稳定性，得到变形均匀的冲压件;

（3）使用拉延筋后，压料面间隙可适当加大，表面精度可适当降低，从而减少压料面的磨损，降低模具制造成本

（4）通过增加径向拉应力，使材料的塑性变形程度、硬化程度得以提高，减少由于变形不足而产生的松弛回弹以及波纹等缺陷，提高工件的刚度

（5）可防止因凸缘周边材料不均匀流动而不可避免产生的皱纹进入修边线内，减轻或消除复杂零件悬空部分因材料集中而发生的内皱现象

（6）拉延筋提供的进料阻力，可以在一定程度上降低对压床吨位的需求;通过增加胀形成分和增大进料阻力，可减小板料外形尺寸，提高材料利

用率。

目前,在多数板料拉深中，拉延筋是必不可少的模具组成部分，针对拉延筋的研究己经成为当今板料冲压成形领域的重要课题之一。

2.拉延筋的设置

以半圆形筋为例（图1一4），板料在通过拉延筋时，在点1到点6之间发生了弯曲、回复、反弯曲的反复变形，这些变形所需要的变形力加上板料与拉延筋之间的摩擦力构成了拉延筋的进料阻力。

因此，不同断面形状、不同尺寸的拉延筋对板料的作用效果是不同的。

为了能够适应特定冲压零件成形的需要，拉延筋在种类、断面各尺寸、长度、条数、位置等参数上都要做特定的选择。

参考前人学者们对拉延筋布置规律的研究成果，拉延筋的经验布置原则总结如下:

（1）按拉延筋作用布置。

拉延筋的布置原则:

要求                                                                布置原则

增加进料阻力           放整圈的或间断的1条拉延槛或1-3条拉延筋增加径向拉应力，

降低切向压应力，防止毛坯起皱         在容易起皱的部位设置局部的短筋

调整进料阻力和进料量                        拉延深度大的直线部分，放卜3条拉延

                                                          筋;拉延深度大的圆弧部分，不放拉延筋:

                                                           拉延深度相差较大时，在深的部位不设拉

                                                          延筋，浅的部位设拉延筋                

（2）按凹模口形状布置。

拉延筋的布置方法见图1一5及表1一2。

（典型图）

（3）拉延筋布置方向。

拉延筋一定要与材料流动方向垂直，一般情况下，筋的走向与其对应的凹模口形状一致。

（4）拉延筋的深浅与多少。

拉延深度深的部位不设或少设，深度浅的部位一定要设置或多设置。

拉延筋最多设置三层，最里面一层常为封闭形状，第二、三层只在直线部分设置，第三层最短。

对于这样的多层拉延筋，如果在伸长变形区，筋的高度应由外向里逐渐增高:

在压缩变形区，则与之相反。

（5）最里层筋的中线与凹模口的距离在25mm左右，而筋与筋之间至少要留30mm的间距。

其它细节上的经验规律，可参见文献.解问。

有了这些经验，为了进一步提高生产效率和质量，适应板料成形模拟技术的发展进程，人们对拉延筋的研究也开始从传统的物理试验向有限元模拟的方向迈进。

2.2等效拉延筋阻力模型

在板料拉深过程模拟中，采用等效拉延筋代替拉延筋实体可以在不失精度的前提下大大降低计算时间。

另一方面还可以很容易的改变等效拉延筋在有限元模型中的布置，从而研究不同布置对材料流动的不同影响，而无需CAD模型的任何修改，因此等效拉延筋在数值模拟中是一非常有效的方法。

常用的拉延筋等效方法有侧:

（1）拉延筋映射法

在等效拉延筋模型中，实际拉延筋由它在凹压料面上的映射代替。

实际拉延筋的映射为一假想平面，和实际拉延筋有相同的宽度，在其上划分规则的网格，如图2一1所示。

首先计算出实际拉延筋产生的拉延筋阻力，然后根据虚功原理，把实际拉延筋产生的阻力分布施加在等效拉延筋模型的规则网格节点上。

这种方法的主要思想是，板料经过等效拉延筋模型时受到和实际拉延筋所能产生的阻力具有相同阻力效果的力作用，但等效拉延筋模型不必划分非常细密的网格。

在三维数值模拟中使用这种方法，可以避免了划分较多的网格，提高计算速度，节省存储空间。

（2）拉延筋的阻力线法

利用拉延筋的实际力学性能与弹塑性材料变形行为相似的特点，引入拉延筋的本构关系，同时把拉延筋复杂的几何形状简化为一条能够承受一定力的附着在模具表面上的拉延筋线，几何特性如图2一2所示。

t为拉延筋线的切向单位矢量，n为与所在位置模具表面相切的拉延筋线的法向单位矢量，戏为模具表面的法向单位矢量。

在板料成形中，模具的几何描述都采用网格法，所以等效拉延筋采用线单元描述，每个线单元有两个节点组成。

与直接模拟法相比，应用等效拉延筋模型不必对拉延筋进行几何造型和有限元划，因而减少了前处理中的工作量;在有限元计算阶段，也因为减少了大量的拉延筋单元而大大提高了计算效率，降低了存储开销.一般情况下，经过拉延筋的板料变形可简化为平面应变状态，而拉延筋末端的板料变形很复杂，不能简化为平面应变状态.拉延筋末端若设计不合适，将导致零件起皱或达不到预期的压筋深度。

拉延筋末端的研究应该采用三维有限元数值模拟方法或者试验的方法。

对比这两种等效方法，拉延筋阻力线法更易于程序实现，在有限元模拟中只要划分适当的线单元，并将拉延筋阻力平均分配到阻力线上即可。

DYNAFORM中采用阻力线的拉延筋等效方法:

即用一系列编号连续的节点所组成的线表示等效拉延筋，来代替真实形状的拉延筋，一方面可以避免建立复杂的拉延筋的过程，防止产生数值处理上的困难，更主要的是可以节省仿真过程所需的时间。

拉延筋的设置步骤大致如下:

（1）创建一条拉延筋线。

通常情况下是根据凹模入口轮廓线偏置而成。

定义拉延筋。

选择拉延筋线，并沿着线创建一系列节点，生成等效锁定拉延筋到零件上。

此功能将指定拉延筋附在一个刚体零件上，一般情况下，拉延筋可附在压边圈或者凹模表面上。

（2）编辑拉延筋属性。

拉延筋属性包括设置拉延阻力，设定拉延筋深度等。

前者用来定义拉延筋弯曲力和法向力。

其自动加载曲线（AutoLoadCurve）功能允许用户根据输入的拉延筋几何形状和毛坯的力学性能来计算拉延筋弯曲力和法向力。