一种小双曲度钣金件的成形模具设计方法

摘要

本发明涉及一种小双曲度钣金件的成形模具设计方法，包括以下步骤：1）初始设计四件一体成形模具型面；2）初步拉深成型工艺仿真；3）模具设计工艺合理性判断；4）详细拉深成形与回弹工艺仿真；5）对模具型面进行回弹补偿计算并输出；6）在三维设计软件中进行模具的实体造型。该方法采用拉深成形方法，一次成形全部四件双曲度零件，不仅提高成形效率，而且零件的回弹率小，保证了零件的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种小双曲度钣金件的成形模具设计方法，属于金属板料塑性成形领域。

背景技术

该钣金件单件具有极小的双曲度，而单架飞机上有形状相似的四个零件围成一圈，在装配关系上属于同一个曲度稍大一些的双曲度曲面，该零件现采用的工艺为法为分单件进行橡皮囊液压成形与手工敲修校形结合的方式，橡皮囊液压成形是指用液压橡皮囊作为通用的凸模（或凹模），将金属板料按照刚性凸模（或凹模）加工成形的方法，在成形过程中，橡皮囊既是传压介质，也起到半模的作用，属于柔性成形，但该零件在成形过程中存在以下问题：

1、坯料定位困难，橡皮囊下压时板料较容易发生移动，几何形状难以保证，废品率高；

2、由于双曲度太小，材料经历弹性变形刚进入塑性变形阶段产生极小变形后，橡皮囊压力卸载，随之板料产生严重的回弹，而且各部分回弹不均匀，无规律；

3、成形之后每个零件都需要进行手工校形至贴模，人工操作工作量巨大，零件表面质量差，生产效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种小双曲度钣金件的成形模具设计方法。该方法采用拉深成形方法，一次成形全部四件双曲度零件，不仅提高成形效率，而且零件的回弹率小，保证了零件的质量。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种小双曲度钣金件的成形模具设计方法，包括以下步骤：

1）初始设计模具型面：在三维设计软件中，将四件小双曲度钣金件按装配关系组合，并位于同一个大的双曲度面上，该双曲度面用于拉深成形的模具，并作为拉深模的凹模底面，即把四件一体的曲面作为一个盒形件的底部，底部外缘为工艺余量，将盒形件底部减薄剧烈的部位控制在工艺余量范围内，不得影响零件的有效部位；

2）初步拉深成型工艺仿真：针对设计的凹模，利用三维设计软件根据凹模与零件壁厚生成对应的凸模型面与压边圈进行拉深成形工艺仿真；

3）模具设计工艺合理性判断：根据初步拉深成形工艺仿真结果判断板料尺寸是否满足要求，即板料能够成形为完整的盒形件，模具工艺余量是否合理，即盒形件四角的减薄区域不影响零件的有效部分，若满足要求进行步骤4，若不满足，则返回步骤1根据仿真结果调整模具和板料，直到模具设计合理；

4）详细拉深成形与回弹工艺仿真：优化板料形状尺寸与工艺参数，使材料流动变形顺利，不产生拉裂和起皱等缺陷，板料较薄率尽量小；

5）对模具型面进行回弹补偿计算并输出：对模具型面进行的回弹补偿计算使用自动模面补偿模块，并根据计算结果，输出回弹补偿计算后的模具型面的IGS格式文件；

6）在三维设计软件中进行模具的实体造型。

本申请的小双曲度钣金件的成形模具设计方法的有益效果：

1）采用该方法设计的模具在拉深成形时，一次成形即可满足一次装配的需求量。板料定位相对容易，并且由于四件一体的曲面曲度大于单件曲面的曲度，相当于增加了板料的塑性变形，而且板料的变形形式发生变化，由原来的几乎只受压应力，变为增加了盒形件底部的拉伸塑性变形，回弹相对减小；

2）采用了CAD设计与CAE有限元数值仿真结合应用的方法，通过数值模拟结果为模具设计提供合理的几何依据和成形时所用的优化的工艺参数，有效提高了设计的效率缩短设计周期，为实际生产提供指导；

3）通过设计软件有限元数值仿真中对模具型面进行回弹补偿计算，在模具设计阶段解决零件成形回弹问题，依据该方法制造的模具成形出的零件最大程度地接近数模要求的理论尺寸，极大减少人工校形的工作量。

附图说明

图1为小双曲度钣金件的成形模具设计方法的流程图。

图2为四件小曲度钣金零件的组装示意图。

图3为步骤1中的板料示意图。

图4为最终设计的拉深模成型有限元模型。

图5为拉深成形工艺仿真结果示意图。

其中1-4分别为不同的小曲度钣金零件、5为凸模、6为凹模、7为板料、8为压边圈。

具体实施方式

一种小双曲度钣金件的成形模具设计方法，如图1所示，包括以下步骤：

1）初始设计模具型面：本实施例中采用的三维设计软件为CATIA V5，将如图2所示的四件小双曲度钣金件按装配关系组合，材料为铝合金2B06,O状态，厚度为δ1mm，四件零件装配关系位于同一个大的双曲度面上；该双曲度面用于拉深成形的模具，并作为拉深模的凹模底面，即把四件一体的曲面作为一个盒形件的底部，底部外缘为工艺余量，将盒形件底部减薄剧烈的部位控制在工艺余量范围内，不得影响零件的有效部位；

2）初步拉深成型工艺仿真：针对设计的凹模，利用三维设计软件根据凹模与零件壁厚生成对应的凸模型面与压边圈地能够进行拉深成形工艺仿真；该实施例中采用的PAMSTAMP 2G软件，模拟计算采用的主要参数为：

凸模与板料间摩擦系数：0.12；

凹模与板料件摩擦系数：0.12；

压边圈与板料间摩擦系数：0.12；

凸模、凹模、压边圈与板料等对象的网格采用自适应划分方式；

板料材料定义：铝合金2B06，O状态，厚度为δ1mm，正交各向异性材料模型，应力应变曲线采用单向拉伸试验获得的点连接曲线；

凸、凹模与压边圈被视为刚体，所有属性设定完成后，前处理结束，提交求解计算；

3）模具设计工艺合理性判断：根据初步拉深成形工艺仿真结果判断板料尺寸是否满足要求，即板料能够成形为完整的盒形件，模具工艺余量是否合理，即盒形件四角的减薄区域不影响零件的有效部分，若满足要求进行步骤4，若不满足，则返回步骤1根据仿真结果调整模具和板料，直到模具设计合理；

4）详细拉深成形与回弹工艺仿真：优化板料形状尺寸如图3所示与工艺参数，压边加力100KN，凸模下行速度5mm/s，最终有限元模型如图4所示，使材料流动变形顺利，不产生拉裂和起皱等缺陷，板料较薄率尽量小；经过成形模拟分析后的结果如图5所示，为盒形件的四分之一，盒形件成形质量好，零件有效部分的网格充分细化。后处理结果显示，盒形件减薄最剧烈的部位出现在底部四角，壁厚为0.931mm，处于工艺余量范围内，而零件有效区域的最小壁厚为0.992mm，完全符合设计要求；

5）对模具型面进行回弹补偿计算并输出：对模具型面进行的回弹补偿计算使用自动模面补偿模块，并根据计算结果，输出回弹补偿计算后的模具型面的IGS格式文件；

6）在三维设计软件中进行模具的实体造型。