基于PAM-STAMP软件反算求解钛合金外缘翻边展开毛坯

由于外缘翻边的内翻线和外翻线分别为内凹曲线和外凸曲线, 因此外缘翻边成形过程中内翻成形部分属于拉伸类变形、外翻成形部分属于压缩类变形。这种变形特点直接导致外缘翻边成形过程中应力应变分布及其不均匀。又由于钛合金材料具有明显的各向异性, 因此钛合金板料外缘翻边成形卸载后的试件往往伴随产生翻边高度分布不一致、竖边与腹板平面不垂直的畸变现象 (如图1所示) 。本课题采用PAM-STAM软件反算求解钛合金外缘翻边理想模型的展开毛坯, 从而消除以上畸变现象的出现。

1—内翻凸模;2—外翻凸模;3—压料板;4—板料;5—凹模

1 基于CATIA软件定义外缘翻边试件理想模型

在CATIA航空钣金成形模块下, 建立板料厚度为1mm、曲线夹角为90°、内凹翻边圆角半径和外凸翻边圆角半径均为4mm、内凹翻边高度为10mm、外凸翻边高度为13mm的外缘翻边试件理想模型 (如图1所示) 。

2 基于PAM-STAMP软件反算求解试件展开毛坯

在PAM-STAMP环境下导入外缘翻边试件的理想模型并进行网格划分, 从而得到需要进行反算求解展开毛坯的有限元模型。将腹板平面定义为不需要反算部分、圆角及竖边定义为需要反算部分。材料性能为TA2钛合金板料、板料厚度为1.0mm, 得到的反算结果如图3所示。

3 外缘翻边成形数值模拟验证反算展开毛坯方法的可靠性

3.1 模拟算法及基本参数

采用PAM-STAMP中的动态显式有限元算法对TA2Mδ1.0钛合金板料外缘翻边的加载过程进行模拟, 而采用静态隐式有限元算法模拟试件的卸载回弹过程。板料材料模型为满足Hill厚向各向异性屈服准则的弹塑性材料, 外翻凸模、内翻凸模、凹模及压料板均为刚体材料模型。有限元模型采用四边形壳单元, 所有面的摩擦系数为0.12。数学模型的剖视图如图4所示。

3.2 外缘翻边成形数值模拟结果

3.3 测量验证

对图5所示的外缘翻边试件进行翻边高度测量、竖边与腹板平面夹角测量, 测量结果分别如图6和表1所示。

从图3可见外缘翻边试件的内翻高度和外翻高度均趋于直线分布。可见, 反算求解后的毛坯在外缘翻边成形后消除了翻边不一致现象。

从表1可见内翻竖边、外翻竖边与腹板平面夹角均接近90°。可见, 反算求解后的毛坯在外缘翻边成形后消除了竖边与腹板平面夹角不垂直现象。

4 结语

(1) 采用P A M-S T A M P软件反算求解展开毛坯的方法能够准确的定义毛坯尺寸。

(2) 反算求解后的毛坯在外缘翻边成形后消除了翻边高度分布不一致、竖边与腹板平面不垂直的现象。

摘要：由于外缘翻边成形过程中应力应变在变形区分布不均匀, 以及钛合金板材具有明显的各向异性, 导致外缘翻边成形及卸载回弹后的试件将会产生诸多形状畸变现象, 例如:翻边高度分布不一致、竖边与腹板平面夹角不垂直。本文针对料厚为1.0mm的TA2M钛合金板材, 采用PAM-STAMP软件对外缘翻边理想模型进行反算求解展开毛坯。展开毛坯经过外缘翻边成形数值模拟后的结果显示, 反算求解法能够准确的计算出试件的展开毛坯, 使以上畸变现象可以避免发生。

关键词：TA2钛合金板材,畸变现象,各向异性,外缘翻边成形

参考文献

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