一种阶梯型铝合金零件拉深工艺的有限元分析

一种阶梯型铝合金零件拉深工艺的有限元分析

现在，随着先进技术的发展，越来越多的柔性技术已经取代了传统的技术，并越来越多地应用于真实的生产。效率和成本一直是现代制造业发展的一个衡量标准，而传统的刚性拉深工艺对于相对复杂点零件存在着工序多，零件变薄不均匀，成品率等问题。文中以一种典型航空发动机阶梯型零件为代表，介绍了该零件拉深时的两种工艺，通过对其进行理论计算，有限元分析获得该零件的最佳成形方案。为一步法成形此类零件提供参照，缩短此类零件工序，提高效率及成品率。1零件所使用的材料阶梯型零件外形如图1所示，零件为浅阶梯形件。零件厚度为2.5mm，零件尺寸约（准400～准340)mm×90mm，阶梯处过渡为斜锥体。该零件所用的材料是2219变形铝合金，美国牌号，中国GB2219(LY19）。2219铝合金耐蚀性差，机械加工性能好；钎焊性差，易于电弧焊和点焊。适用于在高温315℃下工作的结构件、高强度焊接件。虽然塑性比较好，但根据工程经验来说，超过15%的变形量后该材料容易发生橘皮。该材料的力学性能参数如表1所示。2难点的程度和所应采用的成形方法由于该阶梯零件形状接近锥形件，按照锥形件的方式进行计算。锥形件各部分的尺寸（如图2所示）比例关系不同，其普通冲压成形难易的程度和所应采用的成形原理和方法也有很大差别。因此，在取确定锥形件的成形方法和设计其冲压工艺过程与所用模具时，都应以下列参数作为依据(1）锥形件的相对高度h/d(2）相对锥顶直径d(3）相对厚度t/d其加工性特点如下：(1）相对高度h/d(2）相对厚度t/d(3）相对厚度较小t/d(4）相对高度h/d根据该阶梯形件的相对高度为h/d3刚性模分析设置根据理论计算，可尝试用刚性拉深进行一次拉深。(1）坯料尺寸。将零件模型导入Dynaform中进行坯料展开运算，获得准574mm圆形平面板料，实际分析取准600mm的板料，壁厚2.5mm；分析时，材料采用淬火态2219进行分析，坯料取1/4模型图如图3所示。(2）刚性模工艺仿真分析设置。成形为定压边间隙的普通拉深。根据工艺对零件进行工艺形面补充并创建分析模型，补充完型面的零件高度为146mm，凸模底部圆角R20。利用软件进行仿真分析，分析模型设置如图4所示。设置分析参数：压边间隙5.5mm，凸凹模间隙5.1mm，凹模入口圆角R15，凸模摩擦因数0.125，压边圈与凹模摩擦因数0.08。导入分析后结果如图5所示。由分析结果可知，采用刚性模一次拉深，底部圆角变形量较大为23.5%>15%，底部有破裂的风险，故采用一次刚性拉深的方法不适用此零件。因此，根据减薄情况，可考虑采用一次被动式充液拉深成形，减小圆角减薄情况。4模型设计与结果分析采用被动式充液拉深成形，补充的凸模型面与刚性拉深时所用的型面一致，选取的板料大小和刚性拉深也一致，为准600mm，凹模采用液室形式。利用软件进行仿真分析，分析模型设置如图6所示。设置分析参数：压边间隙2.5mm，凸凹模入口圆角间隙7.15mm，凹模入口圆角R15，凸模摩擦因数0.125，压边圈与凹模摩擦因数0.08；无反胀压，最终成形压力为60MPa，导入分析后结果如图7所示。采用液室形式的充液拉深的方法成形该阶梯形件，与刚性模对比，明显改善材料的流动状态，减低了整体减薄，最大减薄在圆角处为7.4%<15%，满足零件成形要求。但是对液室压力要求较高，需要80MPa的液室压力才能使零件贴模。5序刚性拉深值(1）通过理论分析及计算可知，该阶梯型零件可采用类锥体零件的计算方法计算，计算结果为可采用一次拉深，但有破裂风险。(2）通过有限元分析计算，采用一序刚性拉深时，