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第7章
沖壓及薄板液壓成形的案例分析：
7.1。案例1：精密反射板的液壓成形
7.1.1。問題陳述
為了空間通信，直徑為12m被稱為平方公里陣列（SKA）的反射鏡/天線陣列被確定了三種方法制造?12米的反射鏡，即：
（a） 鋁合金板組裝和一個鋼筋支撐的結構
（b） 復合材料制造形成的反光板
（c） 模具（超高頻- D）內高壓成形的板材
在這些方法中，超高頻- D被認為是最經濟的，并能產生所需的表面光潔度和精度，并且對高壓成形的小尺寸（?50寸）和大到（?12米）反射[Antsos2003]的有限元進行了模擬與檢查。這一分析表明部分液壓成行后的回彈性較大。這導致維護最后反射剖面（圖0.2毫米的均方根（RMS）的耐受性是相當困難的。（7.1）。這是關于確定最佳的模具或模具的幾何形狀，以減少所需內高壓成形?12米的反射回彈得一項調查。
7.1.2。序列形成
目前生產的直徑30英寸較小的反射鏡如圖7.2
第1步：板材由于重力下垂
第2步：板料的頂部和底部之間模具的夾緊
第3步：脹形高端板材模具型腔
7.1.3。目標和方法途徑
這項研究的具體目標是：
（a） 預測在反射?12米高壓成形回彈
（b） 確定影響反射器回彈的工具和材料參數(shù)
（c） 通過反射的回彈補償估算模具/模具的幾何形狀
下面概述的是任務
任務1：確定使用雙軸片凸起材料AA3003 – O的性能測試
任務2：調查片材各向異性，一個?。?50英寸）內高壓成形反射對回彈和變
薄的影響。
任務3：調查表模摩擦條件下的界面效應在模具板下垂由于重力作用，以及變薄
和內高壓成形反射模具回彈?12米的結構。
任務4：估計?12米反射鏡最佳模具結構，讓沿曲線長度可以很容易地補償回
彈均勻分布
任務5：量化對細化和優(yōu)化模具結構板材厚度的影響
7.1.4。有限元（FE）仿真
使用單元進行了利用商業(yè)有限元代碼PAMSTAMP2000對液壓成形過程模擬圖7.3顯示了在PAMSTAMP有限元模型等軸測視圖2000板殼單元。有限元模擬輸入條件列于表鋁AA3003- O獲得粘性壓力的測試。當剛性空白是仿照彈塑性凸凹模的模板的有限元模擬。由于軸對稱變形和邊界條件只有四分之一的空白部分為模板根據(jù)庫侖摩擦定律的接口摩擦系數(shù)（μ）= 0.1的假設。對工作表上模夾緊進行了模擬移動，流體（或空氣）壓力是通過使用有限元軟件PAMSTAMP的'Aquadraw'。
7.1.5.內高壓成形材料
各向異性反射板對回彈和變薄分配一個小尺寸（?50寸）有限元進行了兩個為形成?50英寸直徑的反射板的各向異性模擬。初始毛坯直徑= 57.5英寸（?一千四百六十毫米）。系數(shù)的各向異性三個方向（0 °，45°和90°）分別輸入到有限元模擬，以評估在形成反射的各向異性對厚度分布和回彈的影響，這些各向異性值選擇上，真正形成條件是可以仿效的。然而，他們不反映??鋁合金3003- O的（圖7.4）的實際值準確的各向異性值鋁合金3003- O的需要從拉伸試驗確定。希爾的標準是1948年的產量用來代表在有限元模擬板材各向異性
圖7.4：沿軋制方向（0°），對角方向（45°）和橫向方向（90°）用有限元模擬塑性的變比
板材各向異性的影響中形成的細化反射分布：
即使形成了各向異性材料特性被用來描述了有限元模擬片材（圖7.5）。間伐比例并沒有明顯改變沿圓周的一部分，對材料性能各向同性和各向異性的有限元模擬說明有限元模擬預計在高壓成形的一部分最大減薄了14％最大減薄觀測到是該地區(qū)靠近頂端的圓頂，但不是在圓頂?shù)捻旤c。由于壓應力沿對社會形成的板材何處接觸到這些地點的模具表面徑向表行事不變，細化超過150毫米的中心曲線長度。
材料各向異性的回彈
——觀察更多的回彈有限元各向同性和各向異性模型相比，（圖7.6）
——對于各向異性的情況下，不同的回彈沿圓周的一部分。這種變化是由于回彈在沿軋制屈服應力和橫向的滾動方向的各向異性常數(shù)屈服準則中引入了變異
圖7.5：有限元模擬預測各向異性材料的稀疏分布插圖：圖為?50寸長）的
反射曲線變形示意圖
圖7.6：各向異性板材有限元模擬形成?50英寸的反射回彈
7.1.6：?12米反射工藝參數(shù)和刀具幾何參數(shù)對回彈的影響
高壓成形?12米的反射鏡有限元模擬進行了使用代碼PAMSTAMP2G到研究了工藝參數(shù)，即以下效果：
（a） 由于模具其自身重量導致下垂
（b）片材和模具界面摩擦條件
（c）模具的幾何形狀（法蘭角）
液壓成形零件的回彈：
圖7.7：為假定模具有限元模擬示意圖
表7.2：刀具幾何形狀在模擬中使用
?12米天線模具結構設計在圖7.7和表7.2顯示了以目前的模具成型制造中使用更小的反射器為基礎內高壓成形有限元天線進行的模擬三個階段。在第一階段，該表將死腔由于其本身重量的重力下垂進行模擬（重力模擬）。在第二階段，由被認為是（夾緊模具板控股模擬）。第三階段，進行回彈模擬后其次進行內高壓成形過程有限元模擬，表7.3顯示了有限元模擬矩陣，研究在?12米反射回彈（a）界面條件及（b）模具的幾何形狀的影響。三種不同的接口之間的表和法蘭在模具的幾何形狀不同的角度摩擦條件和模具幾何形狀考慮對摩擦條件影響。
表7.3：有限元模擬矩陣來確定影響界面摩擦及模具幾何尺寸對回彈（法蘭角），并在?12m變薄形成反射
研究法蘭回彈影響的角度：
在與該模具的法蘭角的增加形成了部分回彈。在?12米反射器，Z軸方向的最小為10毫米，觀察回彈位移為30度角，而在Z法蘭?16毫米的法蘭60度角位移觀測方向為最大回彈。
回彈法蘭角在30 °形成的部分是非線性分布。這是很難修改模具，以補償非線性回彈。因此，這是傾向于選擇與模具結構法蘭角45度回彈的變化曲線長度，并且可以很容易地補償上模具幾何形狀。
隨著75 °法蘭角，徑向回彈比其他法蘭角較小（30°，45°和60°）。因此，在模具上的選擇75 °法蘭角，被認為是形成和薄鋼板厚度0.25英寸?12米的最佳反射
圖7.8：比較Z位移在換用不同的角度法蘭液壓成形零件回彈的模具結構（初始板材厚度=0.25英寸）
圖7.9：在換用不同的角度法蘭液壓成形模具結構部分（初始板厚=0.25英寸）
比較回彈的徑向位移。
在最后的反射回彈中工具之間摩擦片的影響:
圖7.10顯示了與法蘭不同的摩擦角為60度的條件反射形成的細化比較，細化在不改變摩擦條件的顯著變化。
在液壓成形，片自由凸起（統(tǒng)一拉伸）到上模腔，并逐漸從外圍向中心接觸到上模，表是夾在邊緣以避免在高壓成形過程中的任何物質運動進入體腔。
因為，不存在負債表和上模之間的相對運動。因此，效果對形成中的一部分變薄摩擦是微不足道的。
圖7.10：預測不同回彈的?12米法蘭角60°（初始板材厚度=0.25英寸）反射界面摩擦條件比較。
7.1.7。摘要和結論
在這項研究中，有限元（FE）板材液壓成形與模具（超高頻- D）的?50英寸和?12米的反射進行了使用商業(yè)有限元程序PAMSTAMP2G/PAMSTAMP2000年的模擬過程：
（a） 對制造的超高頻三維?12米反射鏡的可行性論證
（b） 預測在高壓成形過程?12米后反射鏡的回彈
（c） 確定的工藝參數(shù)影響/材料特性（即各向異性片材，板材初始厚度，界面摩擦條件下，重力和模具的幾何尺寸對回彈）形成的反射器
（d） (d) 計算在回彈形成的反射可以很容易地通過修改模具的補償?shù)囊粋€幾何尺寸。
這項研究得出的結論是：
形成反射超高頻- D的可行性過程：通過有限元模擬，用模具（超高頻- D）的內高壓成形過程中形成大的反光板使用的可行性證明。有一個表面精度要求0.2毫米的RMS上的內形成反射朗讀，在超高頻- D過程是有厚度的變化而變形， 還有的由于殘留在反射形成的反射回彈應力，因此，為了獲得所需的關于最終形成準確地表反射剖面，對模具/模具幾何體必須進行修改。因此需要在設計上與Z軸方向高硬度模具結構，盡量慎重考慮減少上層偏轉死于高勢力。觀察附近的頂點?12米天它是很好的資產負債表內的材料最高為14％，變薄，線 斷裂極限為AA3003 – O。
影響工具之間的摩擦片：工藝條件，即下垂的空白由于重力作用，模具的幾何形狀（法蘭角）和初始板厚影響了部分形成的細化。然而，在部分變薄分布發(fā)生的變化僅± 2％，有限元模擬關于在液壓成形零件變薄界面摩擦條件的影響被認為是微不足道的。
各向異性對板料回彈的影響：由于AA 3003 – O為非各向異性數(shù)據(jù)，假設的數(shù)據(jù)被用來量化回彈各向異性的影響，在板材各向異性導致圓周的一部分非均勻回彈。因此，需要考慮材料的各向異性估計和補償在模具的幾何形狀的回彈，回彈是受a）板材各向異性，B）初始板厚，C）下垂的空白，由于重力和d）模具的幾何形狀的相互影響。
模法蘭角對回彈的影響：入模腔片材下垂導致更多的物質流入模腔，從而減少了減薄形成的部分，增加成型后的回彈。因此，模具的幾何形狀（法蘭角）顯著影響了內高壓成形零件的回彈。高等法蘭角允許在空白以及在初始階段的夾緊下垂更多的物質流進模腔，因此，較大的模具幾何法蘭角導致更多的回彈。
然而，更大的法蘭角導致回彈更加均勻分布，這是可取的。統(tǒng)一回彈可以更容易地通過修改模具幾何尺寸進行補償。其中模具幾何尺寸（法蘭角）在本研究中考慮，75°法蘭角的發(fā)現(xiàn)使得了初步板材厚度6.35毫米（0.25英寸）的材料回彈分布均勻。
板材厚度對回彈的影響：對于較大的法蘭角，入模腔更多的物質流。此外，小薄床單的抗彎曲和更容易流動到模具型腔。太多的材料進入模腔流導致皺紋和折疊。
- 模具結構的“最佳“回彈補償：較低的值幾何模法蘭角（30°，45°和60 °）導致了非均勻回彈這是很難彌補。高等法蘭角導致過度進入模具型腔物質流的重力及控股階段，從而導致皺紋和折疊。因此，“最優(yōu)“模具結構（法蘭角）取決于初始片厚度，負債表和厚度的減小。據(jù)估計，在形成?12米反射鏡厚度為4.75毫米（0.185英寸）的初始表的“最佳“死幾何（法蘭角）將在60°?75 °。
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