不同道次下拉深旋压成形有限元数值模拟

图1 力学模型示意图

2 相关的工艺参数

数值模拟中使用的主要工艺参数为：毛坯直径为180mm，厚度为1mm，旋轮直径为140mm，圆角半径为6mm，芯模直径为80mm，进给比为0.2mm/r。

坯料选用LF2M，材料性能参数为弹性模量为71000MPa，硬化指数为0.16，泊松比为0.3。

旋轮轨迹采用直线单向式道次贴模形式。为了避免旋轮和芯模之间干涉，入旋点选为R=46mm。

3 结果与讨论

根据上述模型对多道次拉旋中的四个道次进行了数值模拟。图2 为四个道次拉旋变形位置示意图。图3 为四个道次下多道次拉旋应力应变分布图。

图2 拉旋各道次位置示意图

图3 拉旋各道次位置示意图

从应力分布图上看，由于采用道次贴模加工，随着道次的增加，贴模部分扩大，芯模附近的应力随道次的增加而逐渐减小；但在材料硬化效应的作用下，随着道次的增加最大应力增加，从而也使后续道次塑性变形的屈服应力增大，变形困难。其中由于入旋点选在R=46mm 处，因此，入旋点附近产生极值。另外，从应力整体分布来看，初期道次的应力变化与后期道次存在差异，这主要是由于平板毛坯多道次加工中，不同道次形状变化的区别所致。坯料形状首先由平板变为锥形体，以后各道次壳体的中心角逐渐减小，形状基本不变。

众所周知，在拉深筒形件成形过程中，最大径向拉应力发生在凸模（相当于芯模）园角处而产生最大值时刻一般在瞬时外缘半径为0.9R0处，即拉深初始阶段。但拉旋却有所不同，从径向应力分布图3(a)中可以看出，最大径向应力发生在旋轮作用变形区。拉裂通常在壁部发生。而另一区别在于，拉深锥形件时内壁和外凸缘处均有可能发生失稳起皱。但拉深旋压却仅在外缘处切向压应力(见图3(c))较大，而内侧通常不会有起皱现象发生。因此，拉旋比拉深成形有更大的优越性。 #p#分页标题#e#

从应变分布图可见，随着道次的增加，坯料外径逐渐缩小贴近芯模，因此，径向和周向应变(图3(d)和(f))逐渐增大，与拉深成形基本一致。但由于旋轮采用单向式直线轨迹加工，因此厚向应变(图3(e))变化剧烈，内部厚度减小，外缘厚度增加。

4 结论

(1) 本文建立了合理力学模型，对多道次拉旋成形进行了数值模拟，得到了不同道次下的应力应变分布规律。从应力分布图可以看出，应力随道次增加而增大，前期道次的应力变化与后续道次略差异，从应变分布图上看，应变随道次增加而增大，各道次之间的变化基本一致。

(2) 将拉旋与拉深成形从应力应变分布角度进行了对比，得出拉旋具有比拉深更大的优越性。

(3) 从应力应变分布角度揭示了多道次拉旋的变形特点，为进一步研究多道次拉旋的成形极限及成形质量奠定了基础。