金属塑性成形方面的研究概况

一、板料成形有限元模拟软件SHEET3D的开发与应用本项目在深入研究板料成形理论及弹塑性有限变形理论的基础上，自主开发了一套静力隐式弹塑性有限元模拟软件SHEET3D，可实现对三维板料成形过程的模拟。该软件解决了板料成形静力隐式弹塑性有限元分析中的一些关键问题，具有较完善的前、后处理功能，且实际计算表明其模拟结果具有较好的准确性。利用该软件对板料成行过程进行模拟，可获得关于成形过程的各种信息，据此可在实际成形前准确预知成形结果以及成形过程中可能出现的质量问题，进而为模具设计及工艺方案的优化提供理论依据。部分模拟结果如图所示：（a） 凸模（b） 压边圈（c） 凹模（d） 板坯图1模具及板坯的网格 (a) 凸模行程10mm (b) 凸模行程20mm (c) 凸模行程30mm (d) 凸模行程40mm图2 成形过程中板坯的变形网格及厚向应变图3 拉延过程中板料网格的变化情况（a） 凸模行程5mm（b）凸模行程10mm（c） 凸模行程15mm（d） 凸模行程20mm（e） 凸模行程26mm（f） 凸模行程31mm图4 成形过程中板料厚向应变的分布情况二、板料成形性能的研究在这个方面主要是利用我校以及兄弟院校的相关设备，对板料的成形性能进行直接或间接的测试分析，研究板料的成形极限及其影响因素，为模具设计及成形工艺的优化提供指导。这部分工作对新型材料、复合材料的成形至关重要，对于缩短产品研制周期、降低研制成本均有十分重要的意义。三、大型商用软件STAMPACK的应用利用我院购买的动力显式有限元数值模拟软件STAMPACK，可对各种板金零件的成形过程进行模拟，从而检验模具设计及工艺方案的可行性。 图5 模拟结果及实物照片四、三维体积成形过程的优化与控制本项目在研究金属体积成形理论及刚塑性/刚粘塑性有限元基本理论的基础上，开发了一套三维刚塑性/刚粘塑性有限元数值模拟软件FORM3D，实现了同时对变形体施加位移和面力两种类型的加载，具有较完善的前后处理功能。其模拟结果可揭示金属变形流动的规律，可使人们预知金属的流动、应变、应力、温度分布、模具受力、可能的缺陷及失效形式，为锻造温度、锻压力、变形程度等主要工艺参数的控制，尺寸、内部组织和力学性能等的控制提供可靠的保证，进而为模具设计及工艺方案的优化提供理论依据。部分模拟结果如图所示。(a) (b)(c) (d)图6 不同压下量下方形管的壁厚分布(a) 压下量=3.4mm (b) 压下量=7.7mm(c) 压下量=17mm (d) 压下量=20mm(a) (b)(c) (d)图7 不同压下量下方形管的等效应变分布(a) 压下量=3.4mm (b) 压下量=7.7mm(c) 压下量=17mm (d) 压下量=20mm(a) (b)(c) (d)图8 不同压下量下方形管外表面的节点速度(a) 压下量=3.4mm (b) 压下量=7.7mm(c) 压下量=17mm (d) 压下量=20mm图9 方形管的最终形状(a) (b)(c) (d)图10 不同压下量下T形管的壁厚分布(a) 压下量=6mm (b) 压下量=10mm(c) 压下量=20mm (d) 压下量=25mm(a) (b)(c) (d)图11 不同压下量下T形管的等效应变分布(a) 压下量=6mm (b) 压下量=10mm(c) 压下量=20mm (d) 压下量=25mm图12 不同压下量下T形管外表面的节点速度(a) 压下量=10mm (b) 压下量=20mm图13 T形管的最终形状图15 自主开发的HFORGE2D软件的模拟结果