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D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.0L.005 第30卷第1期 北京科技大学学报 Vol.30 No.1 2008年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2008 中厚板分段多点成形及其数值模拟 麻桂艳12) 付文智)李明哲)张传敏)马顺利) 1)吉林大学（南龄校区）辊锻工艺研究所，长春1300252)沈阳华晨金杯汽车有限公司，沈阳110141 摘要为了解决分段多点成形过程中的技术难题，利用数值模拟软件对其成形过程进行数值模拟·以显式算法模拟加载成 形过程，隐式算法模拟卸载回弹过程，从而实现分段多点成形的数值模拟.采用非均匀有理B(NURBS)样条曲线设计过渡区 形状，探讨了过渡区大小对成形品质的影响·结果表明，在合理设计过渡区的情况下，分段成形品质好于一次成形. 关键词中厚板：多点成形：分段成形：回弹 分类号TG306 Sectional multi-point forming and its numerical simulation of plates MA Guiyan2).FU Wenzhi),LI Mingzhe )ZHA NG Chuanmin )MA Shunli) 1)Roll forging Research Institute Jilin University (Nanling Square).Changchun 130025.China 2)Shenyang Brilliance Jinbei Automobile Co.Ltd.,Shenyang 110141,China ABSTRACT In order to resolve technique problems in sectional multi-point forming,the forming process was simulated by a finite element software,in which dynamic-explicit formulation was used to analyze the loading processes and implicit algorithm formulation for the unloading processes.The forming surface of transition area was designed by non-uniform rational B-surface (NURBS).and the width of transition area that has effect on the quality of sectional forming parts was discussed.It is shown that when simulated with an appropriate design of transition area,sectional forming parts possess a better quality than one"step forming parts. KEY WORDS plate:multi-point forming:sectional forming:springback 多点成形山利用一系列高度可调的基本体群 板料网格，使用ANSYS/LS-DYNA软件对中厚板 自由地构造成形曲面，使板材成形为需要的零件，因 的多点成形过程进行数值模拟，研究其成形及数值 此它具有无模、快速和柔性成形的特点，这种柔性 模拟的关键技术.模拟时用动态显式算法计算加载 成形方法的出现，实现了小设备成形大型件的设想， 变形过程，静态隐式算法计算卸载回弹过程， 充分利用多点设备基本体群柔性可调的特点，在小 1分段成形的描述 型设备上分段成形]大型件，这样可以省去巨额的 设备开支，且为大型件的自动化生产及多点设备的 分段多点成形是在多点设备上对大型件进行分 应用开辟了一条新的道路，目前，多点成形压力机 区域成形.分段成形的成形件可分成已成形区、有 已成功地分段压制出大型建筑装饰件③、压力容器 效压制区、过渡区、自由变形区和未变形区（刚性区） 封头和奥运鸟巢扭梁闺等制件，对薄板分段多点成 五个区域（工件不分离）].分段成形的成形件受力 形已有数值模拟研究报道5]，文献[56]采用壳单 状态十分复杂，当过渡区的曲面形状设计不恰当时， 元划分板料网格对薄板多点成形进行了数值模拟； 自由变形区就会由于过渡区和未变形区的相互作用 但对厚板成形还未见有数值模拟方面的报道，当对 而使此处产生塑性变形；当塑性变形比较大时，加工 中厚板进行数值模拟时，采用壳单元划分板料网格 硬化现象就较严重，从而对制件的品质造成不良的 影响，过渡区设计直接影响到成形件的品质，因此 已经不能满足精度要求：因而本文采用体单元划分 过渡区的协调设计是分段成形的关键技术， 收稿日期.：2006-10-13修回日期：2006-12-25 过渡区协调设计的基本思想就是要协调目标形 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50275063) 状和坯料形状，尽量使过渡区内变形均匀，避免出现 作者简介：麻桂艳(1981一)，女，硕士研究生；付文智(1960一)，男， 教授，博士生导师 局部剧烈塑性变形的情况].过渡区的形状要从有中厚板分段多点成形及其数值模拟 麻桂艳12） 付文智1） 李明哲1） 张传敏1） 马顺利1） 1） 吉林大学（南岭校区）辊锻工艺研究所长春130025 2） 沈阳华晨金杯汽车有限公司沈阳110141 摘 要 为了解决分段多点成形过程中的技术难题利用数值模拟软件对其成形过程进行数值模拟．以显式算法模拟加载成 形过程隐式算法模拟卸载回弹过程从而实现分段多点成形的数值模拟．采用非均匀有理 B（NURBS）样条曲线设计过渡区 形状探讨了过渡区大小对成形品质的影响．结果表明在合理设计过渡区的情况下分段成形品质好于一次成形． 关键词 中厚板；多点成形；分段成形；回弹 分类号 TG306 Sectional mult-i point forming and its numerical simulation of plates MA Guiyan 12）FU Wenz hi 1）LI Mingz he 1）ZHA NG Chuanmin 1）MA Shunli 1） 1） Roll forging Research InstituteJilin University （Nanling Square）Changchun130025China 2） Shenyang Brilliance Jinbei Automobile Co．Ltd．Shenyang110141China ABSTRACT In order to resolve technique problems in sectional mult-i point formingthe forming process was simulated by a finite element softwarein which dynamic-explicit formulation was used to analyze the loading processes and implicit algorithm formulation for the unloading processes．T he forming surface of transition area was designed by non-uniform rational B－surface （NURBS）and the width of transition area that has effect on the quality of sectional forming parts was discussed．It is shown that when simulated with an appropriate design of transition areasectional forming parts possess a better quality than one-step forming parts． KEY WORDS plate；mult-i point forming；sectional forming；springback 收稿日期：2006-10-13 修回日期：2006-12-25 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50275063） 作者简介：麻桂艳（1981－）女硕士研究生；付文智（1960－）男 教授博士生导师 多点成形［1］ 利用一系列高度可调的基本体群 自由地构造成形曲面使板材成形为需要的零件因 此它具有无模、快速和柔性成形的特点．这种柔性 成形方法的出现实现了小设备成形大型件的设想． 充分利用多点设备基本体群柔性可调的特点在小 型设备上分段成形［2］大型件这样可以省去巨额的 设备开支且为大型件的自动化生产及多点设备的 应用开辟了一条新的道路．目前多点成形压力机 已成功地分段压制出大型建筑装饰件［3］、压力容器 封头和奥运鸟巢扭梁［4］等制件．对薄板分段多点成 形已有数值模拟研究报道［5－8］文献［5－6］采用壳单 元划分板料网格对薄板多点成形进行了数值模拟； 但对厚板成形还未见有数值模拟方面的报道．当对 中厚板进行数值模拟时采用壳单元划分板料网格 已经不能满足精度要求；因而本文采用体单元划分 板料网格使用 ANSYS／LS－DYNA 软件对中厚板 的多点成形过程进行数值模拟研究其成形及数值 模拟的关键技术．模拟时用动态显式算法计算加载 变形过程静态隐式算法计算卸载回弹过程． 1 分段成形的描述 分段多点成形是在多点设备上对大型件进行分 区域成形．分段成形的成形件可分成已成形区、有 效压制区、过渡区、自由变形区和未变形区（刚性区） 五个区域（工件不分离） ［6］．分段成形的成形件受力 状态十分复杂当过渡区的曲面形状设计不恰当时 自由变形区就会由于过渡区和未变形区的相互作用 而使此处产生塑性变形；当塑性变形比较大时加工 硬化现象就较严重从而对制件的品质造成不良的 影响．过渡区设计直接影响到成形件的品质因此 过渡区的协调设计是分段成形的关键技术． 过渡区协调设计的基本思想就是要协调目标形 状和坯料形状尽量使过渡区内变形均匀避免出现 局部剧烈塑性变形的情况［9］．过渡区的形状要从有 第30卷 第1期 2008年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．1 Jan．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．01．005