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1盒形件拼焊板成形過程有限元模擬
利用有限元模擬技術可以作為拼焊板成形工藝設計和成形過程分析的依據。為了設計提高拼焊板成形性能的模具，研究焊縫夾緊裝置對拼焊板成形性能的影響，首先利用有限元，模擬了帶焊縫夾緊與不帶焊縫夾緊的盒形件拼焊板成形過程，為模具制作提供工藝依據。盒形件拼焊板成形中焊縫夾緊裝置與模具、拼焊板之間的位置關系。在模擬過程中，采用的拼焊板材料ST16O5，由大小相等(長寬均為410mm×295mm)，厚度分別為0.8mm和1.2mm的矩形板料焊接而成，焊縫采用虛擬焊縫；虛擬沖壓速度為8000mm/s；壓邊力為540kN；拉深深度為50mm。所建立的帶夾緊裝置的有限元模型。模擬采用的焊縫夾緊裝置為3個大小一致的夾緊柱，直徑為36mm。夾緊柱通過與凸模模面頂部作用以夾緊焊縫，阻止拼焊板底部材料由薄側向厚側移動。模擬中，夾緊柱的夾緊力為540kN。帶焊縫夾緊和不帶焊縫夾緊的盒形件拼焊板成形后的結果。方案一為帶焊縫夾緊裝置。方案二沒有焊縫夾緊裝置。其他成形條件都一致。方案一，采用夾緊裝置的拼焊板在成形中，在盒形件底部的焊縫基本沒有移動，同時最大徑向拉應力和最大減薄率都小于沒有焊縫夾緊裝置的成形，表明焊縫夾緊裝置能改善因板料減薄和拉應力過大而導致的破裂，提高拼焊板成形性能。
2盒形件拼焊板模具設計
按照有限元模擬的工藝參數和結構布置，設計了帶焊縫夾緊裝置的盒形件拼焊板模具。
3個夾緊柱通過液壓缸的作用
與凸模頂面接觸，施加夾緊力。整個模具工作過程如下：首先將激光拼焊板放在凹模上，根據厚薄情況進行定位。夾緊柱與凸模共同作用，夾緊住焊縫。凹模下行，與凸模接觸，將激光拼焊板壓緊，控制拼焊板法蘭處材料流動。凹模繼續下行，在焊縫被夾緊的狀態下完成激光拼焊板沖壓成形。釋放夾緊柱夾緊力，凹模上行，與拼焊板分離。沖壓件頂出，沖壓過程結束。采用液壓夾緊，主要是為了確保在成形過程中夾緊力作用的穩定可靠。在夾緊桿前端敷設一層聚氨酯橡膠提高摩擦系數，同時避免夾緊桿劃傷沖壓件表面。液壓夾緊系統原理圖。整個液壓系統由柱塞泵、節流閥、減壓閥、手動換向閥、液壓缸等組成。通過手動控制，實現對焊縫的夾緊和松開。3實驗通過控制液壓夾緊裝置，對所設計的模具分別進行了帶焊縫夾緊和不帶焊縫夾緊兩種方案的沖壓實驗，并將實驗結果與有限元模擬結果進行了比較。帶夾緊裝置的盒形件零件與模擬結果的成形比較圖。從成形零件的成形情況，可以得到模擬結果較好的反映出了零件成形中的材料流動和成形過程。由于零件的對稱性，焊縫移動量的測量位置從一端焊縫端點開始，每隔15mm取點測量，測到板料的中點為止。從分析結果可以得到，有限元模擬很好的預測了焊縫移動的趨勢。同時，采用液壓夾緊裝置后，盒形件拼焊板的焊縫移動得到了控制，提高了拼焊板的成形性能。證明了所設計模具的有效性。
4結論
（1）有限元模擬能夠較準確預測盒形件拼焊板成形，其結果與實驗結果一致。（2）采用焊縫夾緊裝置，能夠提高拼焊板的成形性能，特別是拼焊板成形過程中的焊縫移動。（3）所設計的帶液壓夾緊裝置的盒形件拼焊板模具操作簡單、可靠，可有效提高拼焊板成形性能，能為同類模具參考。
作者：張家驊 馬玉瑩 余暕浩 單位：無錫工藝職業技術學院機電工程系
