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1盒形件拼焊板成形过程有限元模拟
利用有限元模拟技术可以作为拼焊板成形工艺设计和成形过程分析的依据。为了设计提高拼焊板成形性能的模具，研究焊缝夹紧装置对拼焊板成形性能的影响，首先利用有限元，模拟了带焊缝夹紧与不带焊缝夹紧的盒形件拼焊板成形过程，为模具制作提供工艺依据。盒形件拼焊板成形中焊缝夹紧装置与模具、拼焊板之间的位置关系。在模拟过程中，采用的拼焊板材料ST16O5，由大小相等(长宽均为410mm×295mm)，厚度分别为0.8mm和1.2mm的矩形板料焊接而成，焊缝采用虚拟焊缝；虚拟冲压速度为8000mm/s；压边力为540kN；拉深深度为50mm。所建立的带夹紧装置的有限元模型。模拟采用的焊缝夹紧装置为3个大小一致的夹紧柱，直径为36mm。夹紧柱通过与凸模模面顶部作用以夹紧焊缝，阻止拼焊板底部材料由薄侧向厚侧移动。模拟中，夹紧柱的夹紧力为540kN。带焊缝夹紧和不带焊缝夹紧的盒形件拼焊板成形后的结果。方案一为带焊缝夹紧装置。方案二没有焊缝夹紧装置。其他成形条件都一致。方案一，采用夹紧装置的拼焊板在成形中，在盒形件底部的焊缝基本没有移动，同时最大径向拉应力和最大减薄率都小于没有焊缝夹紧装置的成形，表明焊缝夹紧装置能改善因板料减薄和拉应力过大而导致的破裂，提高拼焊板成形性能。
2盒形件拼焊板模具设计
按照有限元模拟的工艺参数和结构布置，设计了带焊缝夹紧装置的盒形件拼焊板模具。
3个夹紧柱通过液压缸的作用
与凸模顶面接触，施加夹紧力。整个模具工作过程如下：首先将激光拼焊板放在凹模上，根据厚薄情况进行定位。夹紧柱与凸模共同作用，夹紧住焊缝。凹模下行，与凸模接触，将激光拼焊板压紧，控制拼焊板法兰处材料流动。凹模继续下行，在焊缝被夹紧的状态下完成激光拼焊板冲压成形。释放夹紧柱夹紧力，凹模上行，与拼焊板分离。冲压件顶出，冲压过程结束。采用液压夹紧，主要是为了确保在成形过程中夹紧力作用的稳定可靠。在夹紧杆前端敷设一层聚氨酯橡胶提高摩擦系数，同时避免夹紧杆划伤冲压件表面。液压夹紧系统原理图。整个液压系统由柱塞泵、节流阀、减压阀、手动换向阀、液压缸等组成。通过手动控制，实现对焊缝的夹紧和松开。3实验通过控制液压夹紧装置，对所设计的模具分别进行了带焊缝夹紧和不带焊缝夹紧两种方案的冲压实验，并将实验结果与有限元模拟结果进行了比较。带夹紧装置的盒形件零件与模拟结果的成形比较图。从成形零件的成形情况，可以得到模拟结果较好的反映出了零件成形中的材料流动和成形过程。由于零件的对称性，焊缝移动量的测量位置从一端焊缝端点开始，每隔15mm取点测量，测到板料的中点为止。从分析结果可以得到，有限元模拟很好的预测了焊缝移动的趋势。同时，采用液压夹紧装置后，盒形件拼焊板的焊缝移动得到了控制，提高了拼焊板的成形性能。证明了所设计模具的有效性。
4结论
（1）有限元模拟能够较准确预测盒形件拼焊板成形，其结果与实验结果一致。（2）采用焊缝夹紧装置，能够提高拼焊板的成形性能，特别是拼焊板成形过程中的焊缝移动。（3）所设计的带液压夹紧装置的盒形件拼焊板模具操作简单、可靠，可有效提高拼焊板成形性能，能为同类模具参考。
作者：张家骅 马玉莹 余暕浩 单位：无锡工艺职业技术学院机电工程系
