關(guān)于拉延筋挺舉力的歷史問題

2016-11-16  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

我們說一說DRAWBEAD UPLIFT FORCE,在壓邊面上拉延筋是起非常重要的作用的。假如不用拉延筋,對(duì)于壓邊面則會(huì)要求更高的壓邊面研配,更高的壓邊力(帶來后果時(shí)壓邊面磨損增加),調(diào)節(jié)局部壓邊力困難。而采用拉延筋后,則會(huì)減輕研配要求,可以更好的調(diào)整局部走料,提供更大的阻力,減輕壓邊力要求。
對(duì)于實(shí)際拉延過程,壓機(jī)的頂缸對(duì)壓邊力提供的壓邊力最終是分成二部分作用的,一部分是克服拉延筋彎曲走料帶來的挺舉力,一部分是用來與凹模壓緊材料。
但在AF中,在4.0的版本以前(含4.0),挺舉力是不算在壓邊力中的,原因是AF認(rèn)為計(jì)算這個(gè)力比較困難。




1,板料位置和壓邊面斜度不一樣,會(huì)導(dǎo)致挺舉力計(jì)算困難。
2,當(dāng)材料流動(dòng)方向改變時(shí),拉延筋挺舉力相應(yīng)改變。
3,材料流過拉延筋時(shí)的過程,挺舉力的變化是動(dòng)態(tài)的。
但是這樣會(huì)帶來一個(gè)嚴(yán)重的問題,即比如模擬時(shí)AF推薦的單位壓邊力值為3MPA,CAE分析時(shí)這個(gè)值是完全用來壓緊材料的。但這個(gè)值轉(zhuǎn)換成頂桿力,給車間使用時(shí),這個(gè)頂桿力實(shí)際上有一部分是會(huì)用來克服材料從筋上流動(dòng)產(chǎn)生的挺舉力的,即實(shí)際對(duì)材料的壓緊力是減小了。
所以在4.1及以后的版本,AF將拉延筋挺舉力加到了頂桿力里面。相當(dāng)于頂桿力里包含了克服筋的挺舉力和壓緊材料在壓邊面上的力。這樣的結(jié)果是壓邊力與實(shí)際生產(chǎn)過程符合。
在上海大眾及一些主機(jī)廠,在4.0及以前版本里是明確要求拉延筋挺舉力不考慮的。原因就是以前的AF版本,壓邊力里不含材料克服筋流動(dòng)的產(chǎn)生挺舉力。也即是說對(duì)于軟件來說它計(jì)算出來的壓邊力就是用來夾緊材料在壓邊圈和凹模間的力,它不含挺舉力。
在4.1及以后的版本里,由于計(jì)算方法改變了,壓邊力里實(shí)際上是含挺舉力了,假如CAE分析者仍按以前思路,給定壓邊力值,這樣帶來的后果是,給定的壓邊力值里一部分力,AF會(huì)用來克服筋產(chǎn)生的挺舉力,進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)際對(duì)材料的壓緊力減小。并且由于挺舉力占?jí)哼吜艽蟮谋壤?約50-75%左右,這樣會(huì)給實(shí)際的分析結(jié)果帶來很大誤差。

這是新版本關(guān)于把挺舉力縫合到壓邊力里的說明。AF會(huì)計(jì)算每個(gè)增量步的挺舉力,并且考慮了壓邊圈傾斜,接觸狀態(tài),材料流動(dòng)狀態(tài)等因素。

上圖是當(dāng)我們?cè)噲D關(guān)閉拉延筋挺舉力時(shí),AF給出的提醒。假如你關(guān)閉挺舉力,AF將會(huì)在實(shí)際的頂桿力中,忽視拉延筋挺舉力帶來的影響。那么請(qǐng)調(diào)整實(shí)際頂桿力!!!!




Feffektiv為有效壓邊力,即在壓邊圈和凹模間實(shí)際用來夾緊材料的力。
Fib為給定頂桿力。
Fbhd為壓邊筋挺舉力。
也即是說在4.1以前的版本里,所給定的頂桿力就就是用來壓緊材料的力。
而在4.1及以后版本里,所給定的頂桿力有一部分是用來克服拉延筋的挺舉力了,實(shí)際用來壓緊材料的力就會(huì)小了。
所以CAE分析者,假如打開自動(dòng)挺舉力話,那么請(qǐng)調(diào)整你的壓邊力,以保證證你的壓邊力能滿足你設(shè)想的壓力值。
下面給個(gè)實(shí)例說明,某一側(cè)圍的壓邊力按車間反饋情況,實(shí)際頂桿力約為200-250T。

從上圖可以看在打開挺舉力計(jì)算后,實(shí)際用來壓緊材料的壓力少了近一半。這明顯會(huì)對(duì)分析帶來巨大影響。



實(shí)際上按日本模具廠綜合統(tǒng)計(jì)的壓邊圈單位面積壓力約為1.3MPA,這個(gè)值僅是壓邊力除以壓邊面積結(jié)果,是個(gè)虛擬單位壓邊力值,并沒有把筋的挺舉力除去后再算,這一點(diǎn)要注意。
我們一般的沖壓教材里單位面積的壓邊力值實(shí)際上就是給定頂桿力除以壓邊面面積,它的壓邊力僅僅是考慮了單位壓邊力值,并沒考慮挺舉力因素。即對(duì)于有筋情況,由于要克服筋挺舉力,它實(shí)際用來壓緊材料的壓緊力是會(huì)減小的,這一點(diǎn)要特別注意。個(gè)人認(rèn)為需要對(duì)沖壓手冊(cè)里公式修正,即該公式僅對(duì)于無筋時(shí)的壓邊面壓力是準(zhǔn)確的。對(duì)于有筋里,需對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)情況,另外總結(jié)。
AF對(duì)壓邊圈采用有壓力和力二種形式,使用壓力,則模擬過程對(duì)材料壓緊力始終保持給定壓力值,而不管挺舉力有多大。使用力話,模擬過程,則會(huì)把該值一部分用來克服挺舉力。
這里就體現(xiàn)了AF的壓力(PRESSURE)和力(FORCE)的區(qū)別了。對(duì)于一般零件,若采用壓力來做壓邊力,(一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)少的人喜歡用這個(gè)值,因?yàn)樗磺宄唧w件在車間實(shí)際所用壓力值,并且區(qū)分這個(gè)實(shí)際壓力值也需經(jīng)驗(yàn),因?yàn)檠泻喜坏轿粫?huì)造成該值不準(zhǔn)確),AF一般推薦的單位壓邊力值為3MPA左右,這個(gè)值目前來說應(yīng)該是有問題了的,是有歷史原因了,因?yàn)?.1版本前壓邊力里不考慮挺舉力。所以假如一個(gè)4.1以前版本模擬時(shí)采用3MPA單位壓力值,模擬出來結(jié)果也許能接受了,然后將該單位壓力值轉(zhuǎn)換成壓機(jī)噸位,實(shí)際上該力到了車間后需克服筋的挺舉力,即是說制件的實(shí)際阻力值并沒達(dá)到模擬的值。但這種情況在車間不容易得到準(zhǔn)確回饋,原因在于模具研合不到位,實(shí)際的反饋往往是相反的,鉗工認(rèn)為給出的壓邊力噸位偏小了,這實(shí)際上是模具完全沒有研合就開始拉件的惡果,其后果是制件剛性不足,材料并且沒有很好的壓邊張緊拉延,導(dǎo)致制件受力不均,扭曲回彈增加,并且為了能出件,產(chǎn)品R角給過多打掉。
比如AF推薦的壓邊值3MPA(我認(rèn)為有筋情況下,這個(gè)推薦值也許是偏大的,當(dāng)然若制件不開裂,還是有利的,能使制件變形更充分,壓邊面起皺更少),分析結(jié)果也是可以接受的,差別在于提供時(shí)要弄清楚頂桿力里是否包含了挺舉力。但是對(duì)于側(cè)圍等難拉伸,易開裂的外板件,采用AF推薦壓力值計(jì)算話,太大的壓邊力會(huì)帶來分析開裂問題,這時(shí)就需要參照車間實(shí)際的頂桿力,然后對(duì)壓邊圈改用力(FORCE),并且把挺舉力計(jì)算打開來計(jì)算。實(shí)際上一般有經(jīng)驗(yàn)的CAE分析者基本會(huì)采用類似件的參考?jí)哼吜?FORCE)來模擬的。
我們做個(gè)實(shí)際計(jì)算,比如側(cè)圍,其壓邊面面積為1.6平方米,模擬使用壓力值為力FORCE,250T,采用虛擬筋,虛擬筋的產(chǎn)生的理論挺舉力為128T,實(shí)際對(duì)壓邊面的壓力噸位為250-128=122T,這樣我們來計(jì)算其單位壓邊面理壓力值為122T/1.6=0.76MPA,剛好與軟件計(jì)算壓邊圈閉合的壓力值相等,見下圖示:


對(duì)于復(fù)雜難拉伸件,其材料壓緊壓力,在克服挺舉力后,其單位壓邊邊值可能也就0.3-1MPA左右,這種材料壓緊壓力才是下真正的壓邊面單位壓力值,材料壓緊力力大小對(duì)材料流動(dòng)影響不大原因在于筋對(duì)材料流動(dòng)的貢獻(xiàn)比壓邊力大很多,比如100T壓邊力,其產(chǎn)生的摩擦阻力為100*0.15=15T,而1米的筋產(chǎn)生的阻力值就能產(chǎn)生,150*1000=15T的約束阻力了(方筋產(chǎn)生的阻力)。比如側(cè)圍筋的總長度有近14米,當(dāng)然這14米筋不全是方筋,而14米筋產(chǎn)生的約束阻力則有100多T。大體來說250T的壓邊力除去筋挺舉力160T后,實(shí)際作用在壓邊面上的力就只有90T了,而90T的作用力產(chǎn)生的進(jìn)料阻力就是90*0.15=13.5T了,所以說筋是流料阻力的主因,而壓邊力則主要是起壓邊圈閉合不被頂開作用,用以使材料始終平面約束流料,消除起皺。
但是對(duì)于側(cè)圍,比如內(nèi)外壓邊圈壓邊面積差別較大,在不考慮挺舉力情況下,發(fā)生模擬差別會(huì)較大。見下圖示:





考慮到挺舉力計(jì)算準(zhǔn)確性,若對(duì)外板這些要求更高的零件,推薦最后分析采用物理筋確認(rèn)分析結(jié)果,但這種方法有其缺點(diǎn),一是計(jì)算時(shí)費(fèi)用大副增加,一是物理筋形狀調(diào)整存在困難。

對(duì)于挺舉力我們做個(gè)規(guī)納,我們將筋的阻力分為約束阻力和挺舉力二個(gè)因素。我們用線因素來衡量時(shí),一般來說約束阻力與挺舉力基本接近(指單筋情況下),一般來說挺舉力稍小。但在雙筋情況下,AF并不是認(rèn)為是二個(gè)筋的約束力值和挺舉力值的簡單相加。見下圖:

這里我將內(nèi)外筋模型定義為都一樣。定義為雙筋時(shí),約束力增加了116.4/77.6=1.5倍,挺舉力增加了198.5/68.5=2.9倍。而并不是簡單的雙筋2倍約束力疊加。所以使用者也需要注意單獨(dú)定義二個(gè)雙筋和直接定義一個(gè)雙筋使用是有差別的。
雙筋時(shí)挺舉力不是單獨(dú)二根筋的挺舉力相加,而是增加,可能是跟材料在外側(cè)筋流過后硬化有關(guān)。
至于雙筋時(shí)約束力不是單獨(dú)二根筋時(shí)約束力相加,而是降低,可能跟材料流經(jīng)外側(cè)筋后變薄有關(guān)。 考慮到挺舉力計(jì)算準(zhǔn)確性,若對(duì)外板這些要求更高的零件,推薦最后分析采用物理筋確認(rèn)分析結(jié)果,但這種方法有其缺點(diǎn),一是計(jì)算時(shí)費(fèi)用大副增加,一是物理筋形狀調(diào)整存在困難。
注:對(duì)于壓邊圈,其壓邊面材料初始情況如下圖:

也就是說由于筋的存在,壓邊圈在閉合過程就發(fā)生起皺,并增高。并且在隨著拉延過程又另外會(huì)有起皺發(fā)生或減弱。但無論如何,我們可以確定的是,壓邊圈的上的材料實(shí)際上是增厚了,即大于1T。
但實(shí)際上,對(duì)于AF,對(duì)于壓邊圈閉合都是理解為1T的。即認(rèn)為壓邊圈是能夠閉合到1T的,并基于這一假設(shè),做了很多簡化算法,以加快計(jì)算效率。最后閉合到1T料厚的結(jié)果是,壓邊面上的起皺被強(qiáng)行消除,這是與實(shí)際偏離的。
在無筋情況下,需要較大阻力也實(shí)際上是缺少筋的約束阻力,只能靠很大的壓邊力來提供阻力了。筋與壓邊面閉合二者其實(shí)可以分工,用筋來產(chǎn)生主要約束阻力,調(diào)節(jié)進(jìn)料速度,然后且壓邊面閉合來約束材料起皺的產(chǎn)生。
作一個(gè)總結(jié):
1.對(duì)于有筋壓邊面,由于筋存在,就決定了壓邊面必然起皺,增厚。即在壓邊圈閉合過程,實(shí)際料厚大于1T,之所以還能將材料張緊,靠的是模具壓邊面本身產(chǎn)生的微小變形(0.2mm內(nèi)),但毫無疑問,大太的起皺會(huì)帶來壓邊力不均問題,這也是要消除壓邊面起皺一個(gè)原因。
2.較大壓邊力可以進(jìn)一步抑制材料不均均流動(dòng),進(jìn)而減小起皺波紋產(chǎn)生,但是筋對(duì)于材料流動(dòng)的貢獻(xiàn)是起主要作用的,并且過大的壓邊力會(huì)帶來開裂問題。所以在分工上,筋產(chǎn)生產(chǎn)要的材料流動(dòng)阻力,而壓邊面閉合約束起皺產(chǎn)生。
3.CAE分析軟件要符合實(shí)際情況,不考慮筋挺舉力會(huì)使分析結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)生很大偏差。
4.可以使用物理筋模擬(需將筋單獨(dú)作為一個(gè)工具體,以保證筋的三點(diǎn)單面接觸),但會(huì)大副增加計(jì)算開銷,并且物理筋調(diào)整存在困難。

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