板料零件數(shù)控漸進(jìn)成形工藝是一種通過數(shù)字控制設(shè)備庸垢，采用預(yù)先編制好的控制程序逐點(diǎn)成形板料零件的柔性加工工藝漓糙。該工藝不需要專用模具潦匈，成形極限較大闹丐，重復(fù)性好横殴，可控制金屬流動(dòng)，能加工出形狀復(fù)雜的自由曲面卿拴，適合于航天衫仑、汽車工業(yè)等的小批量、多品種堕花、形狀復(fù)雜的板料零件加工满戒，有著十分誘人的發(fā)展前景。但是迄今為止稳荒，國際上對(duì)數(shù)控漸進(jìn)成形工藝的研究也只處于探索階段蕴黎，理論方面的分析較少且不成熟，對(duì)于該工藝的成形和控制方面還有待于發(fā)展完善很防。

　　隨著有限元分析技術(shù)的飛速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)性能的不斷提高阱剂，一個(gè)融入了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)值方法、塑性成形理論與工藝等各類技術(shù)的模擬軟件系統(tǒng)已逐漸成為板料數(shù)控漸進(jìn)成形研究及成形優(yōu)化的強(qiáng)有力的工具兼峻。

　　本文就引入有限元模擬技術(shù)對(duì)板料零件數(shù)控漸進(jìn)成形工藝的成形過程進(jìn)行模擬方面的探討亮哑。

　　金屬板料數(shù)控漸進(jìn)成形原理

　　板料零件數(shù)控漸進(jìn)成形的加工過程。數(shù)控成形系統(tǒng)主要由工具頭(成形工具)神深、導(dǎo)向裝置核狰、芯模和機(jī)床本體組成。工具頭在數(shù)控系統(tǒng)的控制下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仅谍，芯模起支撐板料的作用潦擅，對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，該芯募娣福可以制成簡(jiǎn)單的模具忍捡，有利于板料的成形。

　　成形時(shí)切黔，首先將被加工的板料置于一個(gè)通用芯模上砸脊，在托板四周用壓板夾緊板料，該托板可沿導(dǎo)柱上下滑動(dòng)纬霞。然后將該裝置固定在三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控成形機(jī)上凌埂，加工時(shí)，成形工具先走到指定位置诗芜，并對(duì)板料壓下設(shè)定壓下量瞳抓，然后根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，按照第一層輪廓的要求伏恐，以走等高線的方式孩哑，對(duì)板料進(jìn)行單點(diǎn)漸進(jìn)塑性加工。

　　成形過程的計(jì)算機(jī)模擬

　　成形過程的特點(diǎn)決定了金屬板料數(shù)控漸進(jìn)成形的成形過程是一個(gè)同時(shí)包括幾何非線性翠桦、材料非線性和邊界條件非線性等問題的非常復(fù)雜的彈塑性大變形力學(xué)過程横蜒，其物理模型和數(shù)學(xué)模型都不同于傳統(tǒng)的板料單次拉深工況下的模型，必須基于板料分層成形的特點(diǎn)進(jìn)行分層成形過程的計(jì)算機(jī)模擬隶秒，采用大變形彈塑性非線性有限元法求解分析模型持沛，獲得工件成形過程中變形和應(yīng)力的分布摆咽、成形力的變化媒敲、預(yù)測(cè)成形過程中可能產(chǎn)生的缺陷，為制定正確的成形工藝提供理論依據(jù)种功。

　　面對(duì)有限元模擬中模型建立透鹊、網(wǎng)格劃分、加載和邊界條件等關(guān)鍵方面進(jìn)行分析共吞。

　　有限元模型的建立和網(wǎng)格劃分對(duì)于板料漸進(jìn)成形工藝過程的有限元模擬來說召期，其建模過程不是很復(fù)雜。在ANSYS本身具有的前處理模塊就可以對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行完整的描述”嗥幔　　

　　模擬方盒件成形的有限元模型践桂。

　　該模型由工具頭、板料跌蛔、托板和壓板以及頂支撐模型四部分組成级汹，能夠較好的完成對(duì)整個(gè)成形過程的模擬。

　　建模的關(guān)鍵在于網(wǎng)格劃分盒卸。網(wǎng)格劃分中各種參數(shù)的設(shè)置將決定生成的模型在分析時(shí)是否能夠滿足準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性骗爆。通常情況下映射網(wǎng)格具有規(guī)則形狀、排列有規(guī)律的單元蔽介，往往比自由網(wǎng)格得到的結(jié)果更加精確摘投，而且在求解時(shí)對(duì)CPU和內(nèi)存的需求也相對(duì)要低些。為獲得這種規(guī)則網(wǎng)格形狀虹蓄，需要從建立幾何模型開始就對(duì)模型進(jìn)行比較詳盡的規(guī)劃犀呼，以使生成的模型滿足生成映射網(wǎng)格的規(guī)則要求。同時(shí)對(duì)網(wǎng)格的疏密進(jìn)行控制薇组，在板料的塑性變形區(qū)采用較密的網(wǎng)格劃分圆凰，而對(duì)沒有參與變形的區(qū)域采用較疏的網(wǎng)格劃分。在板料漸進(jìn)成形工藝中体箕，工具頭按指定軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)专钉，板料每次產(chǎn)生的變形僅發(fā)生在成形球頭的周圍，對(duì)于幾乎所有的金屬(бb/бS≤2)其塑性區(qū)大小:

　　其中d為工具頭直徑累铅，t為板厚跃须，△h為工具頭單層進(jìn)給量。

　　因此網(wǎng)格細(xì)分區(qū)應(yīng)在成形零件的外輪廓基礎(chǔ)上有一個(gè)相應(yīng)的偏移量T0禽岭，其中T0≥R0诉抱。另外，對(duì)不同的零件形狀工具頭所走的軌跡也有所不同艘励，相應(yīng)的板料網(wǎng)格劃分也應(yīng)采取不同的形式聂闺。成形方盒零件和圓盒零件所采取的兩種板料網(wǎng)格劃分形式。

　　工具頭的運(yùn)動(dòng)加載

　　目前采用的方法是用若干較小的直線段對(duì)曲線進(jìn)行分段逼近.每個(gè)直線段起點(diǎn)和終點(diǎn)均給以相應(yīng)的坐標(biāo),坐標(biāo)以相對(duì)位移增量的形式給出(相對(duì)于工具頭初始位置),且每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)間點(diǎn),這樣即可完成對(duì)工具頭運(yùn)動(dòng)軌跡的模擬唆痪。

　　成形方盒件時(shí)咨捕，工具頭的位移軌跡加載。把X境株、Y础川、Z方向的位移增量表示為時(shí)間的函數(shù)，通過運(yùn)動(dòng)合成實(shí)現(xiàn)整個(gè)加載過程肌蝶。

　　在工具頭運(yùn)動(dòng)速度控制方面韵绿，為了減少計(jì)算時(shí)間狂篇，通常采用增加工具頭運(yùn)動(dòng)速度的方法，在模具成形時(shí)赁栈，模擬速度一般為實(shí)際速度的100倍左右岗屏，在這里也沿用這一方法進(jìn)行模擬，即縮短相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔漱办。多數(shù)情況下可獲得較好的解担汤，當(dāng)出現(xiàn)與實(shí)際情況不符的解時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低模擬速度洼冻。

　　邊界條件的處理

　　板料漸進(jìn)成形過程中邊界條件的處理也是比較重要的一環(huán)崭歧。在實(shí)際模擬中對(duì)板料的邊界條件進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化，建模時(shí)板料和托架及壓邊框即固連在一起撞牢，實(shí)際上即相當(dāng)與將板料被壓邊框壓住的部分自由度全部限制住率碾，僅給予托架沿Z軸(垂直)方向的位移自由度，對(duì)頂支撐模型約束所有的自由度屋彪，這樣即達(dá)到與實(shí)際成形情況相符的目的所宰。

　　金屬板料漸進(jìn)成形不同于傳統(tǒng)的整體成形，影響工件質(zhì)量的因素非常復(fù)雜畜挥，金屬板料漸進(jìn)成形的有限元模擬可以對(duì)成形參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化仔粥，對(duì)成形結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)以及缺陷診斷，是改進(jìn)這一成形工藝的強(qiáng)有力的工具蟹但。然而這一模擬還處于起步階段及苍，板料漸進(jìn)成形是一個(gè)涉及多門學(xué)科的塑性成形過程，在使用有限元方法進(jìn)行板料漸進(jìn)成形過程模擬方面還需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步研究：

　　(1)對(duì)工具頭較復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬還存在一定困難蓉厕」词瑁　　

　　(2)對(duì)于模擬過程中影響板料變形的參數(shù)和成形結(jié)果之間的關(guān)系需進(jìn)一步分析，如工具頭的運(yùn)動(dòng)速度杉漓、單層進(jìn)給量和邊界條件等蛉渡，建立影響板料變形的參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為優(yōu)化模擬參數(shù)沐喘，預(yù)測(cè)板料變形提供理論依據(jù)旧毯。

　　(3)由于板料漸進(jìn)成形的成形特點(diǎn),決定了對(duì)其成形工藝過程進(jìn)行有限元模擬時(shí)必然要耗費(fèi)大量的機(jī)時(shí),目前模擬方盒件20層成形需要上百小時(shí),因此需對(duì)諸多影響模擬時(shí)間的因素如最小時(shí)間步、網(wǎng)格劃分抢却、工具頭的速度控制以及建模規(guī)劃等方面進(jìn)一步研究战钾。

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