金属板料渐进成形工艺过程有限元模拟（下）

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　　工具头的运动加载

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　　由于工具头的运动轨迹多为空间曲线,用ANSYS直接模拟这样的空间曲线运动还比较困难,目前采用的方法是用若干较小的直线段对曲线进行分段逼近.每个直线段起点和终点均给以相应的坐标,坐标以相对位移增量的形式给出(相对于工具头初始位置),且每个坐标点对应一个时间点,这样即可完成对工具头运动轨迹的模拟。

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　　成形方盒件时，工具头的位移轨迹加载。把X、Y、Z方向的位移增量表示为时间的函数，通过运动合成实现整个加载过程。

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　　在工具头运动速度控制方面，为了减少计算时间，通常采用增加工具头运动速度的方法，在模具成形时，模拟速度一般为实际速度的100倍左右，在这里也沿用这一方法进行模拟，即缩短相邻两点间的时间间隔。多数情况下可获得较好的解，当出现与实际情况不符的解时，应适当降低模拟速度。

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　　边界条件的处理

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　　板料渐进成形过程中边界条件的处理也是比较重要的一环。在实际模拟中对板料的边界条件进行相应的简化，建模时板料和托架及压边框即固连在一起，实际上即相当与将板料被压边框压住的部分自由度全部限制住，仅给予托架沿Z轴(垂直)方向的位移自由度，对顶支撑模型约束所有的自由度，这样即达到与实际成形情况相符的目的。

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　　模拟结果的后处理

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　　后处理是指检查分析的结果，这是分析中最重要的一环。ANSYS本身自带有两个后处理器可用以显示和分析模拟的结果。POST1通用后处理器可以观察整个模型或模型的一部分在某个时间上针对特定载荷组合时的结果，可进行模拟结果彩色等值云图、梯度、矢量图等显示，以及各种结果数据的列表。可将成形板料的变形图以及应力、应变分布图显示出来。关键点的数据结果还可以列表显示保存。POST26为时间历程后处理器，可在瞬态分析中以图形表示产生结果项与时间的关系或在非线性分析中以图形表示作用力与变形的关系。可用该处理器将渐进成形过程中，板料变形随工具头运动的变化情况显示出来。另外LSTC公司开发的软件LS-POST作为后处理器兼具上述两个后处理器的特点，操作简单快捷。板料渐进成形模拟及用LS-POST显示方盒件加工到第四层时的塑性应变图。

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　　结束语

　　金属板料渐进成形不同于传统的整体成形，影响工件质量的因素非常复杂，金属板料渐进成形的有限元模拟可以对成形参数进行优化，对成形结果进行预测以及缺陷诊断，是改进这一成形工艺的强有力的工具。然而这一模拟还处于起步阶段，板料渐进成形是一个涉及多门学科的塑性成形过程，在使用有限元方法进行板料渐进成形过程模拟方面还需要在以下几个方面进行进一步研究：

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　　(1)对工具头较复杂的曲线运动进行模拟还存在一定困难。目前大多进行规则曲面的模拟，因此在较复杂的轨迹加载方面需对ANSYS进行二次开发。

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　　(2)对于模拟过程中影响板料变形的参数和成形结果之间的关系需进一步分析，如工具头的运动速度、单层进给量和边界条件等，建立影响板料变形的参数数据库，为优化模拟参数，预测板料变形提供理论依据。

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　　(3)由于板料渐进成形的成形特点,决定了对其成形工艺过程进行有限元模拟时必然要耗费大量的机时,目前模拟方盒件20层成形需要上百小时,因此需对诸多影响模拟时间的因素如最小时间步、网格划分、工具头的速度控制以及建模规划等方面进一步研究。

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