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家電產(chǎn)品在整個(gè)制造業(yè)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。在家電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造上，除了制冷、電器控制系統(tǒng)上的難點(diǎn)之外，復(fù)雜沖壓件的成形也是家電產(chǎn)品制造中的難點(diǎn)之一。冰箱豎梁等零件都是“U形件”結(jié)構(gòu)件，其彎曲成形過(guò)程中的回彈量控制，將直接影響到家電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成敗。
對(duì)于“U形件”來(lái)說(shuō)，回彈包含兩方面的容：角部角度的回彈和側(cè)壁卷曲。角度回彈是指板料經(jīng)過(guò)彎曲，零件中的彈性變形釋放導(dǎo)致的最終彎曲角度的變化。而側(cè)壁卷曲則是毛坯料在拉力的作用下，經(jīng)過(guò)凹模圓角，彎曲、展開(kāi)變形的結(jié)果。由于殘余應(yīng)力的釋放，導(dǎo)致相應(yīng)區(qū)域的卷曲。
形狀復(fù)雜的沖壓零件，由于沖壓時(shí)材料流動(dòng)極其復(fù)雜，利用板料沖壓的有限元數(shù)值模擬技術(shù)，確定合理的毛坯外形尺寸和優(yōu)化各種模具結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本和縮短開(kāi)發(fā)周期有著重要的作用。
DYNAFORM-PC軟件是美國(guó)ETA公司與LSTC公司合作推出針對(duì)板料成形數(shù)值模擬的專(zhuān)業(yè)化有限元分析軟件，能提供豐富高效的單元類(lèi)型，能模擬彎曲、翻邊、拉伸、成形、壓筋和擴(kuò)(縮)口等絕大部分成形工藝以及多工序沖壓成形，能確定沖壓件的最大應(yīng)力(變)部位、輸出厚向應(yīng)變圖、VonMises等效應(yīng)力分布圖和具有真實(shí)感的成形過(guò)程動(dòng)畫(huà)。目前DY-NAFORM己在世界各大汽車(chē)、航空、鋼鐵公司以及眾多的大學(xué)和科研單位得到了廣泛的應(yīng)用。下面以家電產(chǎn)品上常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q215A為例，試樣尺寸為100mm×30mm×0.2mm，采用DY-NAFORM-PC軟件對(duì)“U形件”彎曲回彈進(jìn)行模擬。
該試樣“U形件”彎曲模擬過(guò)程及分析如下：(1)有限元數(shù)值模型圖為二維對(duì)稱(chēng)有限元數(shù)值模型，圖給出了零件的主要幾何參數(shù)。零件處于平面應(yīng)變狀態(tài)。有限元網(wǎng)格如圖所示，采用雙線性四邊形單元。
經(jīng)過(guò)網(wǎng)格劃分，坯料展開(kāi)，毛坯網(wǎng)格設(shè)定，模型檢查，確定凸模、毛坯、凹模、壓料板的相對(duì)位置等步驟，得到凸模位移曲線。
后處理結(jié)果中提供了零件的成形信息，如零件的變形情況、主應(yīng)力分布、副應(yīng)力分布、平面應(yīng)變向量等。
圖顯示，加載過(guò)程分為3個(gè)階段：彈塑性變形階段、塑性變形階段和零件被壓緊階段。圖為零件溫度分布圖。
圖表示了中間過(guò)程和加載終了時(shí)零件的溫度分布情況。高溫區(qū)表明零件經(jīng)歷了大的塑性變形。盡管模具與零件相互接觸，但由于板料厚度較小，故溫度在零件厚度方向上的變化可以忽略不計(jì)。
圖表示加載過(guò)程中零件的有效應(yīng)變分布情況。與溫度分布情況不同的是，可以看到：在板料厚度方向上，有效應(yīng)變有較大的變化。不論板料厚度大小，這是彎曲零件應(yīng)變分布的主要特征。在凸模圓角附近，零件內(nèi)部有相對(duì)較大的應(yīng)變值，(1)凹模圓角半徑。凹模圓角半徑對(duì)回彈的影響程度較小；(2)凸、凹模間隙與“U形”零件的負(fù)回彈幾乎呈線性關(guān)系，間隙值越大，回彈值越大；(3)壓邊力對(duì)“U形件”彎曲回彈的影響。壓邊力較小時(shí)，回彈隨著壓邊力的增大而增加；相反，壓邊力較大時(shí)，回彈隨著壓邊力的增大而減小。對(duì)應(yīng)于回彈的最大值，存在某一壓邊力值。同時(shí)，還可以找到一壓邊力數(shù)值，使得回彈基本消失。(4)摩擦因數(shù)對(duì)“U形件”彎曲回彈的影響。隨著摩擦因數(shù)的增加，零件的負(fù)回彈有一定程度的減小。但當(dāng)μ大于某一數(shù)值時(shí)，回彈均為正值。這種趨勢(shì)說(shuō)明，采用合適的潤(rùn)滑劑，可以減小回彈值。
文中的研究確定影響“U形件”回彈的諸多因素，提出了一些減小回彈的方法。將研究結(jié)果用于沖壓生產(chǎn)的工程實(shí)踐，進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程控制和零件質(zhì)量控制，為模具制造和沖壓生產(chǎn)從業(yè)人員提供有益的參考。
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