3-40  厚壁椭圆形封头热拉伸成形及有限元模拟

周朝辉  曹海桥  吉  卫  郝爱国

为了研究厚壁椭圆形封头热拉伸成形，采用有限元模拟，分析其变形规律，根据模拟结果，设计坯料直径及模具尺寸，并进行对比试验，验证模拟结果的准确性。分别采用了经验公式D₀=K(D_p+t)+h+5%D_p=534及等体积法D₀= (V´4/pt)^1/2=524(体积V由Auto CAD三维模型求得)计算坯料尺寸，获得了不同的坯料直径。

因为是轴对称，为了提高计算效率，建模时模具和坯料仅取1/4，在Auto CAD中绘制模具和坯料的三维图形，输出为.STL格式，导入塑性成形有限元分析软件DEFORM，建立有限元模型如图1。

平均流动应力模型采用s = f (e , , T )，软件中自带该材料的试验数据。坯料设为塑性体，始锻温度为1 000℃，设定好网格划分参数后，自动划分单元5 221个。凸凹模设为刚体，考虑到成形过程较短，温度变化对变形影响不大，故不计算热交换，坯料对称面上设置位移边剪切摩擦模型，摩擦系数都取0.3。计算过程中未发生网格畸变及网格重划，计算一次完成，得到如图2所示的模拟结果。

根据模拟结果，设计加工了热拉伸模具，并进行了试验，第一件试模坯料为25 mm厚，f534 mm系经验公式计算值，拉伸结果仅测量总高H=158 mm，生产时坯料采用25 mm厚，f524 mm板料。测量模拟件及试验件的壁厚和总高，并与经验值对照，其总高H仍大于设计值，说明总的减薄量大于增厚量，坯料还可减小f5~f8 mm。壁厚及总高模拟结果误差在1%~3%之间。

由此得到结论：(1) 厚壁椭圆形封头拉深成形，用有限元模拟，精度高，完全可指导坯料、模具设计及实际生产；(2) 坯料直径计算经验公式考虑了修边余量，计算结果偏大，在实际生产时，坯料直径可近似按等体积计算并适当减少f5~f8 mm；(3) 如果将坯料边缘削薄，则可得到壁厚相对均匀的封头锻件。