典型热成型零件成型性仿真分析方法的研究

新技术新工艺　２０　１　７年　第，１期　典型热成型零件成型性仿真分析方法的研究　杨香玉，安保芹，李彦波，陈东建　（碴　１２、Ｉｋ月　｝　ｆＲ｝　ｒ］．７　ｌ　北　墨¨１（）７１　７【　Ｉ）　摘　要：介绍了热成型仿真模拟分析的方法．基于实际工况和分析需求提出物理模型，通过三维建模　将物理问题转化为几何模型．结合模拟关心要素．对（、ＡＤ模型进行必要的结构简化，建立有限元单元模　型。将有限元单元『娴格模型导入分析软件，设置模拟仿真的边界条件，调用求解器进行成型分析的数值　模拟．最后根据分析结果对模具设计进行循环优化。解决产品开裂、起皱等问题　，通过反复模拟分析及优　化，建立了成熟的分析模型，指导热成型模具设计及产品优化。　关键词：热成型；仿真分析；模具结构；摩擦因数　中图分类号：Ｔ（　３０６　文献标志码：Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｔｙｐｉｃａｌ　Ｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇ　Ｐａｒｔｓ　ＹＡＮ（；ＸｉｍｌｇｙＩ１　ＡＮ　ｌ　ｉｏｑｉｎ，Ｉ　Ｉ　Ｙａｎｂ　ｃ），【、ｔＩＥＮ　１）ｏｎｇｊｉｌｌｉｌ　（１．ｉｌｌｇ　Ｙｕｎ　ｌｎｄｕ￣ｔ　ｒｉａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｌｉｏｎ　Ｉ　ｌ【１．，Ｚｈｔｌ（）Ｚ［ＩＯ　ＬＩ（）７２７６　１．Ｌ’１…Ｉ？１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｃ　ｍｅｌｌｌｏｄ　ｏｆ　ｔＩ］ｃｒｎ１（）ｆ（）ｒｎ］；ｎｇ　ｓｉｎｌｔｉｌｌＩ１ｉｏｎ　ａｌｉａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｉｎｌ　ｒｏｄｕｃ（　（１　ａｎｔｉ　ｌｌ１【・Ｉ）ｈｙｓｉ（、｝ｌｌ【］１‘）（｛【　１　ｉｓ　１）ｔｉｔ　ｆ（）ｒｗ：Ｉ１一【ｔ　ｌ　ｃｄ　【）Ｉ　ｌｈｅ，１　ｌｌ１ｉａｌ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，１ｎ（ｉ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ＦＣ（１ｕｉ　ｒｃｍ１　ｎ１．　ｌ＇ｈ　ｒｏｔｌｇｌ１　１ｈｅ　Ｉ１１　ｒ【　（　（Ｉｉｎｌｔ　１ｌＳｉＯｌ】ｆＩｌ　ＨＩＯ（Ｍｉｎｇ　ｔｈ【、ｔ）ｈｙｓｉ＜ａｌ　ｐｒｏｔ）ｈ、Ｉｌｌ　ｉ　ｔ　ｒ，１１Ｉｓ］－ｏｒｉｑｌｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈ　Ｉ／ｅ（Ｊ　ｒｉ　、ｔ　ｒｌ　ｎ１（）ｄ　１．（？ｏｍｂｉｌｉｎｇ　１ｈｃ【ｒ　（）ＩＩＣ（　ｒｉｌｅｄ　ｅｓｓｅｎｔｉａｌ　ｆａ（’ｌｏｔｓ．ｔ｝］【、（、ＡＩ）ｆｌ】（）（ｈ、ｌ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｔ　（１　ｌ　ｒ］（｛ｌｈｅ　ｆｉｌｉｔ（ｆ　，ｕｎｉｌ　ｍｏ（ｈ　Ｉ　ｉｓ　ｂｕｉｈ．　Ｉ’１１ｃ　ｆｉｎｉｔｅ　ｃｌｃ【Ｉ１　ｆｌＩ　ｎ１ｃ　ｈ　ｎｌ（）ｄｃｌ　ｉｓ　ｉｍ１）ｏｒｌｃｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈ【、ａ１１　ｒｌｌ、　ｓｉｓ　ｓｏｆｌｗａ　ｒｔ，　Ｉ．’ｔｉｔ、ｂｏｕｎｄａ　ｒｙ　ｃ（ｍｄｉｌｉｏｎ　ｏｆ　ｔ１１ｃ　ＳｉｌｌｌｔＩ【：【１ｉｏｎ　ｉｓ　ｓｔ、ｔ　Ｉｉｌ）．　Ｉ、ｈ（、ｓ（）ｌｖ（　ｒ　ｉｓ　ＩＩＳＬ！（ｔ　ｔ（）ｓｉｎｌｕｌｌ１【Ｉ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｉｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　ＶｉｍＩＩｌｙ．１ｈ（・ｍｏｌｄ（１ｔ，ｓｉ　ｆ１　ｉｓ　ｏ１）ｌｉｌｎｉｚ￣、（１　ｌｉｆｔ＂Ｏ　Ｆ（“【】　ｌ【＿　Ｉｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｌｈｃ｜【Ｉｌａｌｙｓｉｓ　ｌｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｅｒａ（、ｋｉｎｇ　ｌｉｎｄ　ｗ　ｒｉｌ／ｋｌｉＩ１　ｐｒｏｈｈ　１ｓ．　Ｉ、ｈｉ。｛ｍｇｈ　ｒｅ１）Ｃ・　ｌ１ｅｔｌ　ｓｉｔｎｔｉｌａｌｉｏｎ；ｉＩｍｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｎｌｉｚｌｌ　１ｉｏｎ．ａ　Ｉｌｉａｔｔｌ　ｒ（－｝ｌｎ；ｌ１ｙｌｉｃａｌ　ｎｌ（）ｄｅｌ　ｉｓ　ｅｓｔａ１）ｌｉｓｈｃｄ　ｌｏ　ｇｕｉｄｅ　１ｈｃ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　１１（）１一ｆｏｒｍｅｄ　ｍｏｌｄｓ；ｌｌ＇ｌｄ　Ｉ】ｒＯ（ｔｔＩＣ１　ｏｐｔｉｎ１ｉｚ　ｉｏｌ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｏＩ　ｈ）ｒｎｒｉｎｇ，ｓｉ１１１Ｕｈｉｔｉｏｎ　ｌｉ】ｆｔｌｙｓｉｓ．ｍｏｌｄ　ｓｔ¨“　１　ＬＩ　ｒ　．ｆｒｉ　ｃ，１ｉｏｎ　ＣＯ（　ｆｆｉｃｉｃｎｔ　热冲　成　技术足一种既满足汽乍轻埘化需　ｊ｜婴原　便币ｌＪ的条ｆ，１－　求，又兼顺汽乍安令法规的新必技术。　垃将高强Ｊ！ｌ＝俐板』Ｊｕ热刮　氏体温度后快速冲』Ｋ成　，　１　模具技术指标　通过热　仿　技术的研究，　ｉｉｌ！热成巧　帙Ｈ　、２Ｏ　．Ｌ！ｌｌ热成　４　Ｊ　：ｌ　Ｉ　ｌ／ｆ　阶段，通过馍其实　淬火，肝达到所需的　，Ｊ超高强度零什。该技术斛７火Ｊ　冷却速度，从而得到均匀屿氏体组织，ｌＪ‘抗扎ｊ虽发达　到１　５０Ｏ　ＭＩ　ｆｔ　　・带　什的　‘卡　｝　茈￣ｉ：ｔｉｊ－４，￣．、增】　会ｍ现　裂及增　现象。　姒度钢板成　易肝裂、Ｍ弹大和复杂形状　易成　等难题。。　。　热成型零件冲爪模　的没汁过　【ＩＪ，零ｆ＇ｆ：冲　２　仿真分析热成型零件成型性的影响因素　研究影响热成　横梁　ｌＩ｝ｉ为例（　什成Ｊ　性的Ｉ　素．　以　Ｉ－　成　性的预分析和热冲　加ｆ：＿厂艺方案，将Ａ接　影响到　续　体模具的加　制造，现场渊试时Ｉ１ｊＪ以　及最终模具的试模次数，即影响模具的　洲试　期，　此　常再要。随着热冲压（、ＡＥ技术。的　跃　发　，冲　ＣＡＥ软件町以对冲压件成型性进仃很　好的分析；通过（、ＡＥ软件的反复模拟仿真分析及　１．艺力‘窠的优化，缱　成熟的分析模型，ｘ，Ｊ‘丁指导热　成　模　的设汁起到＿ｒ重要作用。　Ｉ）．分圳从　１　结构ｆＩ　棒　Ｉ数等２个　【自　对热成　零什成　一　进｛　仿　分忻．　．图】　中横梁产品　２．】　模具结构对热成型零件成型性的影响　中横　模　结构・　址热成　件　Ｉ幢占卞勾较简ｔ　的・种．　・般包　Ｉ　活动块（【！『ｊＩｉ（料板Ｉ　１）、ｆ　该摸１　Ｉ｝Ｉ．ｆ　动块的　本义通过热成型仿真分析方法的研究．最终得　到典　热成　零件成型性仿真分析模　。陔分析模　的心『｝】，使热成７　产品在前期的开发中大大缩　』　ｉＪ‘箅时川。Ｊｆ　Ｈ叮进行多次的循环优化，解决，　：　ｆＩ　ＪＩ：裂、起皱等　题，为热成　模　的设计和优化提供　模（Ｉ）ｉｅ）干ＩＩ　卡Ｉｌ（Ｉ　Ｕ　ＦＩＣ１１）　，　ｌ，『勺Ｊ　｝力‘案，｝！＿　】形状埘陔卡５１　的结十勾影响较大，敝分圳通过２种小　』Ｉ＝＝』　卡：｝　‘棠／支　体　弋　卡　｝，Ｊ‘　７８　ｌ　《新技术新工艺》兵器技术研究　兵器技术研究　案。对零件成型性进行仿真分析。　２．１．１　三点式压料方案　中横梁产品三点式压料方案如图２所示，中横　梁产品三点式压料分析成型过程如图３所示。　上活动块　上模　脱科块　ａ）截面图　ｂ）立体图　——■　下模　ａ）截面图　ｂ）立体图　图５　中横梁产品整体式压料方案　重力匕＝二＝＝＝＝：＞上活动块闭合ｃ＝＝＝＝：＞　图２　中横梁产品三点式压料方案　．．＿－＿＿＿＿＿＿＿－－＿　－目＿＿－。＿　－－＿＿－－－一　———一　６０　ｍｉｌｌ到底［＝＝＝＝：＝＞４０　ｍｍ到底［＝＝＝＝＞　３５　ｍｉｌｌ到底匕二＝＝＝　＞２０　ｍｍ到底［＝＝＝＝＝：＝＞　８ｍｍ到底【＝二二＝　完成　图６　中横梁产品整体式压料分析成型过程　由图６可知，在各处均无明显叠料或起皱现象，　成型结果良好。从其减薄率及增厚率结果（见图７）　图３　中横梁产品三点式压料分析成型过程　由图３可知，在到底２Ｏ和８　ｍｍ处时明显存在　波浪现象，到产品成型到底时，这些波浪处被强行压　来看，减薄率为１８　（＜２０　）增厚率为ｌ１．５　（＜　２０　）均符合要求。由此可见，调整压料结构后，产　品成型性有非常大的改善。　平。从其减薄率及增厚率结果（见图４）来看，减薄　率为２１　（＞２０　），增厚率为１１．５　（＜２０　），减　薄率不符合要求。可以看出，被强行压平部位的圆　角处减薄率＞２Ｏ　，此处拉裂严重，在实际生产中也　会出现产品开裂现象。该压料方式的产品成型性不　好，需重新优化。　图７　中横梁产品整体式压料分析结果　２．２摩擦因数对热成型零件成型性的影响　在热成型零件成型性的仿真分析中，摩擦因数　的大小会影响金属流动方向。随着摩擦因数的增　加，板料的成型极限将下降　。　图｜ｌ　中横梁产品三点式压料分析结果　为研究摩擦因数对热成型零件成型性的影响，　将摩擦因数分别设置为０．１２、０．２、０．３５、０．４５和　０．５，其分析结果（减薄率及增厚率）见表１。　２．１．２整体式压料方案　中横梁产品整体式压料方案如图５所示，中横　梁产品整体式压料分析成型过程如图６所示。　《新技术新工艺》兵器技术研究　新技术新工艺２Ｏ　１　７年　第　＿ｌ期　表ｌ　产品的减薄率和增厚率　摩擦凶数　最大减薄率／　ｕ　人增Ｐｉ＇－：牢　３　热成型零件成型性仿真分析模板的建立　综上所述，经过热成型产品不同影响因素的　ＣＡＥ模拟分析及验证，为方便热成型新产品ＣＡＥ　模拟，特建立成熟的分析模型（见图８），使其适用于　所有热成型零件，用以指导热成型零件的模具设计　及产品优化。此模型的出现。大大简化了分析中参　由表１可知，随着摩擦因数的增加，减薄率在逐　渐增加，而增厚率在逐渐减小。说明当摩擦因数较　小时，由于金属流动阻力减小．导致产品料多的地方　逐步叠料，而料少的地方则不会产生较大减薄现象。　反之，料少的地方，叠料会越来越小，而减薄处的减　数设置的过程．也为产品进行循环优化提供了很好　的条件。　在实际分析时，导入ＣＡＥ分析模型（见图９）。　可根据产品的实际情况，添加所需要的结构，如　Ｐａｄ、Ｄｉｅ或者Ｐｕｎｃｈ等。在运动步骤中．可添加所　需的步骤，如Ｐａｄｉｎｇ、Ｈｏｌｄｉｎｇ或者Ｓｔａｍｐｉｎｇ等。　薄率则会越来越大。　图８热成型零件ＣＡＥ分析模型　Ｓｅｔ－ｕｐｌ　ｃ树Ｉ　Ｔｒａｎ￣ｏｒｒｒｉｔｔＸｏｎｓ　ｌ：　日　２・告Ｔｏ女　’：蛰　４－■ｋｓｄ　ｊ・　５’，．ｑ　ｎ　三三三三三　ｐ删ｅｃｔＩ　Ｖ曲■ｙＩ　＿ｌ㈡　ａ　－　｜　ｌ。口畦曩５　∞　羞　叠　≯一　５由ｄ■　ｌ■—■■—●■■～　Ｅ！　！璺－　－　＿　三三三三三三三三三三三三ｊ　’　ｏｍ如ｕ　Ｉ　ｓｅｃ廿０咕Ｉ　ＣｕｒｖｅｓＩ～　ｒ矗Ｉ　岫　————］Ｉｉ　Ｉ－Ｉｌ　瓣嚣羁－：１田ｌ　三Ｊ——　竺ｌ一　！！　隔离蕊释爨熟熟黔露　图【ｊ　热成型零件（、Ａ卜＝分析过程设置　《新技术新工艺》兵器技术研究　兵器技术研究　低硬度透镜中心偏改善工艺研究　张成群，白　涛，王明慧，陈俊霞　（河南平原光电有限公司，河南焦作４５４００１）　摘　要：低硬度材料透镜在高精密光学系统中的应用广泛，使得对其性能指标提出了更严格的要求。　采用对玻璃毛坯铣磨单面、抛光，再以该面为基准，铣磨、抛光另一面，最后定心磨边的区别于传统透镜加　工的改善工艺，对透镜成形。检测结果表明，应用改善工艺加工后的低硬度材料透镜，其中心偏明显优于　采用传统工艺加工的透镜。通过应用改善工艺，可有效降低低硬度材料透镜的中心偏，满足高精密光学　系统提出的要求。　关键词：光轴一致性；中心偏差；透镜定中心　中图分类号：ＴＨ　７４　文献标志码：Ａ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｃｒａｆｔ　Ｓｔｕｄｙ　ｆｏｒ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｅｒｒｏｒｓ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｈａｒｄｎｅｓｓ　Ｌｅｎｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇｑｕｎ，ＢＡＩ　Ｔａｏ，ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇｈｕｉ，ＣＨＥＮ　Ｊｕｎｘｉａ　（Ｈｅｎａｎ　ＰｉｎｇＹｕａｎ　０ｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉａｏｚｕｏ　４５４００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｌｅｎｓ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｔｒｉｃｔｌｙ　ｒｅ—　ｑｕｉｒｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｇｒｉｎｄ　ａｎｄ　ｐｏｌｉｓｈ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｌｅｎｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｕｒｆａｃｅ，ｇｒｉｎｄ　ａｎｄ　ｐｏｌｉｓｈ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｌｅｎｓ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｃｅｎｔｅｒ　ａｎｄ　ｅｄｇｅ　ｔｈｅ　ｌｅｎｓ．Ｔｈｉｓ　ｎｅｗ　ｃｒａｆｔ　ｓｈｏｗｓ　ｌｏｗｅｒ　ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ　ｅｒｒｏｒｓ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃｒａｆｔ．Ｂｙ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｃｒａｆｔ，ｔｈｅ　ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ　ｅｒｒｏｒｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｌｅｎｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｃａｎ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅ—　ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｘｉａｌｉｔｙ，ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ　ｅｒｒｏｒｓ，ｌｅｎｓ　ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ　近年来，随着航空航天观测等领域的高速发展，　人们对探测系统提出了更高的要求。用于探测的光　学系统的空间分辨率、光谱分辨率等越来越高，焦距　越来越长，口径也越来越大，工作波段覆盖可见光到　红外，从而使光学系统变得更加复杂。而其中单个　指镜片的光轴与几何轴问的偏差，它的存在破坏了　光学设计的重要基础——共轴理论，引起系统的彗　差、成像的像散性和畸变的不对称性，最终导致成像　质量降低口　］。　在光学加工中，通过透镜的定心磨边降低零件　的中心偏，使得零件光轴与几何轴重合。对于一般　透镜，按照传统光学加工的工序，即铣磨、精磨、抛光　和定心磨边，基本可满足实际应用要求；但对于特殊　光学零件的加工精度直接影响整个光学系统的成像　质量，因此提高光学零件的完成质量愈发的重要。　透镜中心偏作为衡量透镜精度的重要标准之一，是　４７（８）：６０—６５．　４　结语　在后续热成型产品的成型性仿真分析模拟中，　充分利用和实践此分析模型的实用性，使其不断完　善以适用于更多的热成型产品。通过此分析模型的　［２］Ｍｅｒｋｌｅｉｎ　Ｍ，Ｌｅｃｈｌｅｒ　Ｊ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏ—ｍｅ—　ｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｓｔａｍｐｉｎｇ　ｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａ—　ｔｅｒｉａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，１７７（ｓｌ一３）：４５２—４５５．　［３］李泷杲．金属板料成形有限元模拟基础［Ｍ］．北京：北　京航空航天大学出版社，２００８．　Ｅ４］孙国华．超高强度硼钢板高温成形极限研究［Ｄ］．上海：　同济大学，２００９．　应用，使热成型产品在前期的开发中大大缩短了计　算的时间，并且可进行多次的循环优化，使产品的模　拟结果更接近实际结果，为热成型模具的设计和优　化提供了便利的条件。　作者简介：杨香玉（１９８９一），女，工程师，主要从事汽车轻量化　参考文献　Ｅｌｉ马宁，申国哲，张宗华，等．高强度钢板热冲压材料性　能研究及在车身设计中的应用［Ｊ］．机械工程学报，２０１１，　等方面的研究。　收稿日期：２０Ｉ６－１２—２７　责任编辑郑练　《新技术新工艺》兵器技术研究　８１