纯铝半球构件拉深成形数值模拟及工艺研究

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1、制造技术研究航天制造技术纯铝半球构件拉深成形数值模拟及工艺研究冯苏乐张柳峰罗益民朱迅强杨学勤（上海航天精密机械研究所，上海201600）摘要：为了解决长征系列运载火箭纯铝半球构件成形过程中的难题，分析了半球构件的成形方式，并对拉深过程中零件受力情况和缺陷形成的机理进行了研究，通过采用有限元仿真技术，对拉深过程中遇到的起皱、开裂等问题，分别从材料、原始板料尺寸、压边力等方面进行分析和优化，最后确定了零件的最佳板料尺寸和压边力参数，并在航天型号产品中得到应用。关键词：半球构件；数值模拟；拉深；工艺优化NumericalSimu

2、lationandProcessControlinDeepDrawingofPureAluminumHemisphereComponentFengSuleZhangLiufengLuoYiminZhuXunqiangYangXueqin(ShanghaiAerospaceResearchInstituteofPrecisionMachinery,Shanghai201600)Abstract：InordertosolvetheproblemsinforminghemispherecomponentofLongMarchse

3、riescarrierrocket,formingmethodofhemispherecomponentwasanalyzedinthispaper.Besides,stressconditionanddefectsformationmechanismwerealsoresearched.Byuseofnumericalsimulationtechnology,parameterssuchasmaterialmachineryperformance,blanksizeandholderforcewereoptimizedi

4、nthispapertosolvethedefectssuchaswrinklingandcrackinginformingprocess.Finally,thebestparametersofblanksizeandholderforcewereprovided,andthehemispherecomponentsweresuccessfullyusedinaerospaceproducts.Keywords：hemispherecomponent；numericalsimulation；deepdrawing；tech

5、niqueoptimization1引言阴模压边圈阳模a压边圈合模b阳模上行c合模最终成形图1半球拉深成形原理运载火箭动力系统的半球构件是承担燃料推进的过程中，常常出现起皱和开裂等缺陷，从而影响产品关键构件，采用纯铝材料制成，成形工艺之一为钢模的质量和生产效率。本文采用数字化仿真方法建立模拉深，该工艺成形过程示意图如图1所示，模具结构型进行分析，并通过工艺试验验证和优化，达到掌握主要包括：压边圈、阳模、阴模。在成形过程中，凸最佳成形工艺的目的。缘材料逐渐收缩，转化为球体[1]。在半球实际拉深成形作者简介：冯苏乐（1987-

6、），硕士，钣金成形专业；研究方向：金属塑性成形方向。收稿日期：2016-07-1435制造技术研究2016年10月第5期2有限元模型建立因此，为了减少拉深时传力区的最大拉应力，应在保证凸缘不起皱的前提下，将压边力取为较小值[3]。采用有限元分析软件Dynaform以及有限元求解器LS-DYNA，对半球拉深成形进行数值仿真，首先，根据成形半球尺寸以及实际成形模具结构，在PRO/E压边圈阳模软件中建立了三维实体模型，如图2所示，设置了阴模、阳模、板料三个模型，压边圈则通过有限元仿真软件前处理从阴模中偏移得到。阴模板料σρσρσ

7、θσθa阴模b阳模c板料图4半球拉深过程受力分析图2半球三维参数化模型f摩擦力根据所建立的三维模型，将其导入有限元分析软件，并设置了相应工况条件，根据其结构的对称性，将模型选择1/4进行计算，从而节约计算时间，建立完0l距离整的模型如图3所示。图5凸缘区摩擦力的分布情况4材料性能对拉深成形影响半球成形的材料为L3纯铝，其各项性能指标如表图3半球有限元模型建立1所示。因不同炉号材料性能存在差异，导致材料拉深成形性能存在一定差距。3拉深过程缺陷机理分析表1不同炉号材料各项性能指标炉号材料规格牌号抗拉强度/MPa延伸率/%在半球

8、拉深成形中，主要的受力情况如图4、图51铝板δ5L36530所示。容易产生缺陷的位置主要集中在B区（凹模圆2铝板δ5L37433角区域）以及C区（球底悬空区），其中B区材料受到径向拉应力和切向压应力作用，当压边力较小时，该处材料在切向压应力的作用下起皱（型面波纹）[2]，随着拉深过程的进行，该处皱纹无法