4.3 传统和柔性拉伸成形工艺成形能力对比
板料与模具贴合的难易程度，反映了工艺的成形能力，板料越容易与模具贴合，说明工艺的成形能力越强。本节以球形曲面件和凸凹形曲面件为研究对象，采用数值模拟手段研究传统拉伸成形工艺与柔性拉伸成形工艺对板料贴模度的影响。图4.2为曲面件成形模具示意图，其中球形曲面件半径R2000mm，凸凹形曲面件的尺寸如图所示。图4.3为传统拉伸成形和柔性拉伸成形有限元模型。两种模型中，过渡区长度均设为100mm，板料尺寸为1080mm× 1210mm×2mm，采用S4R单元离散，厚度方向上设置5个Simpson积分点，单元尺寸约为5mm×5mm；成形模具采用R3D4单元离散；接触面之间的摩擦属性定义为库伦摩擦模型，摩擦系数设为0.1；由于夹料块与板料的接触面为锯齿状，将其与板料之间的接触属性定义为Rough模型。
模型中均采用拉力加载方式完成板料的拉伸成形。在使用柔性拉伸成形工艺成形球形曲面件时，首先使用水平液压缸对板料施加沿水平方向的预拉力50kN，然后使用垂直液压缸完成板料对模具的包覆成形，结果显示：当垂直液压缸的拉力达到30kN时板料与模具完全贴合。在成形凸凹形曲面件时，同样首先施加水平预拉力50kN，当垂直液压缸的拉力达到18kN时板料与模具完全贴合。为保证在相同的外力作用下完成板料的拉伸成形，在传统拉伸成形模型中，水平预拉力大小应为50kN×5=250kN；成形球形曲面件时，垂直液压缸的拉力应为30kN×5=150kN，成形凸凹形曲面件时，垂直液压缸施加的拉力应为18kN×5=90kN。模拟结果显示：在使用传统拉伸成形工艺成形球形曲面件时，即使当垂直拉力远大于预设值250kN时，板料仍然不能与模具完全贴合，对于凸凹形曲面件亦然。由此可知，传统拉伸成形工艺需要在比较严格的拉力角度下才能实现板料与模具的完全贴合，板料的贴模度较差，其成形能力远不如柔性拉伸成形工艺。
图4.2 曲面件成形模具示意图
图4.3 拉伸成形有限元模型
图4.4为传统拉伸成形时的光照图。可以看出，在成形球形曲面件时，板料与模具最难贴合的部位位于成形模具的边缘，如图4.4（a）中的A区域；在成形凸凹形曲面件时，板料与模具最难贴合的部位位于成形模具的中间，如图4.4（b）中的B区域。图4.5为柔性拉伸成形时的光照图。可以看出，无论是球形曲面件还是凸凹形曲面件，板料均与成形模具完全贴合。图4.6为拉伸成形结束时板料夹持区边缘的空间位置。可以看出，传统拉伸成形中夹持区边缘的空间位置均呈现直线状，而柔性拉伸成形则表现为曲线状，表明板料在成形过程中产生了不等量的位移，验证了柔性拉伸成形加载机构运动与板料变形的自协调过程。(https://www.daowen.com)
图4.4 传统拉伸成形时的光照图
图4.5 柔性拉伸成形时的光照图
图4.6 结束时板料夹持区边缘的空间位置
