[發明專利]一種充液拉深過程中液室壓力與變壓邊力的協調控制方法

有效

• 申請號: 202010028850.8
• 申請日: 2020-01-12
• 公開（公告）號: CN111085594B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 劉曉晶;馬雪鳳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B21D22/20
• 分類號: B21D22/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及沖壓成形技術領域，特別是充液拉深技術領域，提供了一種充液拉深過程中液室壓力與變壓邊力的協調控制方法。在航空航天領域中，常采用充液拉深技術成形高端裝備的零部件；此外，諸如鎂合金、鋁合金等難變形的新型材料，也需要利用充液拉深進行成形。該方法根據沖壓模具及板料的三維模型，采用有限元分析的方法，經過數值仿真模擬分析，確定成形質量較好的無液室壓力的條件下的變壓邊力加載曲線，和恒定的壓邊力作用下的液室壓力加載曲線，將液室壓力加載曲線轉換為液室液體溢流時對法蘭區的附加壓邊力曲線，并與變壓力加載曲線進行疊加，得到在變液室壓力加載下的變壓邊力優化加載曲線，從而提高零件的成形質量。

技術領域

本發明涉及一種充液拉深過程中液室壓力與變壓邊力的協調控制方法，屬于沖壓成形技術領域，特別是充液拉深技術領域。

背景技術

在航空航天領域中，一些高端裝備的零部件經常采用充液拉深技術進行成形；此外，很多難變形的新型材料，如鎂合金、鋁合金等，也需要利用充液拉深進行成形。板料的充液拉深是一種將沖壓成形與液壓技術結合在一起的軟模技術，用液室壓力來代替傳統沖壓成形模具中的凹模或凸模，零件的成形質量高、尺寸精度好。液室壓力的加載曲線是充液拉深工藝中最為重要的一環，直接影響到零件的成形質量。

在拉深成形的過程中，壓邊力是一個十分重要的工藝參數，主要用來產生摩擦力，以增加板料的拉應力，控制板料的流動；另一方面，壓邊力的大小影響到板料在變形過程中的起皺、破裂等問題，關系到成形件的質量。變壓邊力是指隨著時間或凸模行程的變化而變化的壓邊力，可以合理的控制板料的塑性流動，發揮壓邊力對板料流動的最大調節作用，從而能夠避免零件在成形過程中出現破裂、起皺等缺陷，改善板料的成形性能。

根據塑性材料的應力應變曲線，材料在達到屈服階段之前可達到較高的應變，相對應地，該時刻也是板料成形過程中最容易出現破裂、起皺等成形缺陷的時刻，為了保證成形質量，此時的壓邊力應該足夠大。而在充液拉深的過程中，為了保證板料的貼模性，液室壓力的加載在最后階段需要到達一定的強度。在壓邊力與液室壓力的共同作用下成形板料時，當液室壓力太大時，壓邊力便不能夠抵抗切向的壓應力，從而致使沖壓件不能充分地拉深。如何設置出合理的變液室壓力條件下變壓邊力的加載曲線，使液室壓力和壓邊力協調控制板料的成形是一個難題，在目前的充液拉深成形領域，在實際零件成形時，一般采用試錯法對變壓邊力進行調試，時間以及人力、物力成本高，同時存在一定的難度。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種充液拉深過程中變液室壓力與變壓邊力的協調控制方法。

基于上述目的本發明提供的協調控制方法，包括以下步驟：

（1）根據沖壓模具及板料的三維模型，采用有限元分析的方法，經過數值仿真模擬確定板料在無液室壓力的條件下的壓邊力變化范圍；

（2）選取步驟（1）壓邊力變化范圍內的加載路徑進行數值模擬，分析成形件質量，選取成形質量最好的無液室壓力的條件下的變壓邊力加載曲線；

（3）在有限元分析軟件中進行數值仿真模擬分析，確定板料在恒定的壓邊力作用下的液室壓力變化范圍；

（4）選取步驟（3）壓邊力變化范圍內的加載路徑進行數值模擬，分析成形件質量，選取成形效果較好的恒定壓邊力作用下的液室壓力加載曲線；

（5）將步驟（4）中的液室壓力加載曲線轉換為液室液體溢流時對法蘭區的附加壓邊力函數為，轉換公式為，其中為溢流區的液室壓力，為在溢出的液室壓力作用下的法蘭區面積；

（6）將步驟（2）中得到的變壓邊力加載曲線，和步驟（5）中得到的附加壓邊力進行疊加，得到在變液室壓力加載下的變壓邊力優化加載曲線，運算公式為，其中為優化后的變液室壓力加載下的變壓邊力函數，為無液室壓力加載時的變壓邊力函數。