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CAE/模拟仿真 |
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基于PAM-TUBE 2G的管材弯曲成形数值模拟分析 |
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作者：陶延民 刘富 孙纪宁 |
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摘要：管材弯曲成形工艺是是飞机制造业中的一种非常重要的加工方法。在实际生产过程中，管材过度减薄或开裂，管材断面形状畸变严重，管材内侧失稳起皱等问题严重影响管材弯曲成形零件质量。PAM-TUBE 2G可以解决在管材弯曲成形工艺过程中模具设计、下料估计、精确成形模拟分析、回弹计算等所有的问题。实际管材弯曲成形例子证明了PAM-TUBE 2G用来解决弯管成形工艺模拟是完全合适和非常高效的。
关键词：数值模拟；管材弯曲成形；回弹
前言
管材弯曲成形工艺是是飞机制造业中的一种非常重要的加工方法。在紧凑的飞机机身、发动机内部，管材件种类繁多而且具有一定数量，其形状怪异而又十分重要；在实际生产过程中，常见的缺陷有：管材过度减薄或开裂，管材断面形状畸变严重，管材内侧失稳起皱等。
在实际管材弯曲成形工艺生产中，现在突出需要我们解决的问题是：初始下料量估计问题、可成形性和可行性分析问题、成形质量控制问题和零件回弹问题。在国内外的现代化飞机制造厂中，管材的CAE模拟对提高管材生产水平和质量有着非常关键的影响。
能够在模具投入实际的物理试模之前，判断模具的可成形性和可行性对于实际生产过程是有很大作用的，明显减少模具设计上的失误，缩短模具开发周期，减少开发成本；对模具成形过程进行详细的模拟和分析，提供非常精确的成形结果，帮助用户在公差范围内对模具进行全面质量控制，有效解决了昂贵而耗时的修模调试时间；对模具进行回弹分析和回弹自动补偿过程，并且输出经过回弹自动补偿后的模具的三维几何模型，有效解决模具设计过程中的非常困难的回弹问题。
1导管弯曲数值模拟分析过程
PAM-TUBE 2G软件中管材弯曲成形工艺模拟程序原理简图如下图1所示，
图1 管材弯曲成形工艺模拟程序原理简图
从图1中可以看出，软件模拟的原理与实际生产过程是完全一致的，这就为软件准确模拟弯管成形工艺过程打下了坚实的基础，经过我们的用户，如奥迪（Audi）和空中客车公司（Airbus）的实际使用证明了PAM-TUBE 2G软件模拟管材弯曲成形工艺是准确有效的。
下面模拟一个实际两弯的管材弯曲成形过程来验证PAM-TUBE 2G软件的强大功能。模拟实际管材的几何形状如图2所示，两次弯曲的工艺参数如表1所示, 管材材料为铝合金6061-T4，管材规格为管径44.5mm×厚度0.9mm。
图2 实际管材的几何形状图
表1 两次弯曲的工艺参数
| 弯曲顺序 | 切点距离 | 弯曲转角 | 弯曲角度 | | SEQUENCE | DISTANCE | ROTAT. ANGLE | ANGLE | | 1 | 139.5 | 0 | 49.14 | | 2 | 152.8 | -180
| 49.14 | | 3 | 393.0 | 0 | 0 |
首先把上面实际管材弯曲的几何参数和工艺参数转化为PAM-TUBE 2G里需要输入的参数，首先要把设计参数转换为PAM-TUBE里的输入参数，如图3和表2所示。
图3 管材弯曲的几何参数示意图
表2 管材弯曲的几何参数表
 把零件几何参数输入之后，高度参数化驱动的PAM-TUBEMAKER能够让您在几分钟内完成模具的设计与优化，PAM-TUBEMAKER提供一系列强大的交互工具和功能提供了模面开发和工艺补充面设计的向导和支持。
以下是所设计出的部分模具设计图如图4，芯棒、芯球图如图5和助推活塞、压块、防皱块图如图6所示。
图4 模具设计图
图5 芯棒和芯球
图6 助推活塞和压块、防皱块
2导管弯曲模拟结果分析
A、下料量估计和快速成形模拟结果分析
下料量估计和快速成形模拟主要采用PAM-INVERSE来完成，其采用一步成形逆算法，计算速度很快，可以准确预测板料的初始形状；同时也间接说明零件的可成形性和可行性。例如上面实际例子中，反算管材初始下料量结果图如图7所示。
图7 反算管材下料量结果图
B、管材弯曲成形精确模拟结果分析
精确成形模拟采用PAM-AUTOSTAMP来完成，强大的计算引擎配置了最新的材料模型，能对复杂的弯管成形进行精确分析。PAM-TUBE 2G软件的后处理结果很多，可以查看成形后厚度分布、应力应变分布、位移变化分布和成形极限图等丰富的结果，能够完整输出结果报告。下面只选取一些结果来说明软件的强大功能，从图8中可以看出，管材的厚度从一开始的0.9mm转变为成形后的最厚0.992mm，最薄0.802mm；其中弯曲处的外侧变薄，内侧变厚，与管材弯曲成形实际实验结果完全一致。从图9中可以看出，弯曲处的外侧和内侧部位的应变较大，与实际实验结果是一致的。
图8 管材弯曲后厚度分布图
图9 管材弯曲后应变分布图
C、管材弯曲成形回弹计算模拟结果分析
PAM-TUBE 2G软件同样可以精确计算管材弯曲后的回弹量大小，例如从图10中可以明显看出回弹量大小分布，从而指导我们弯曲模具设计工作。
图10 管材弯曲后回弹量大小分布图
3总结
从本文的计算过程和计算结果分析得到，PAM-TUBE 2G可以解决在弯管成形工艺过程中模具设计、下料估计、精确成形模拟分析、回弹计算等所有的问题。
通过模拟分析实际管材弯曲成形过程证明了PAM-TUBE 2G用来解决管材弯曲成形工艺问题是完全合适和非常高效的。(end)
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(1/8/2010) |
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