1、AZ31鎂合金型材溫熱張力繞彎成形的熱力耦合數值模擬肖寒12，劉勁松13，張士宏12，張興國2（1.中國科學院金屬研究所，遼寧沈陽110016；2.大連理工大學材料科學與工程學院，遼寧大連116085；3.沈陽理工大學材料科學與工程學院，遼寧沈陽110159）摘要：采用三維彈塑性大變形熱力耦合有限元法，基于大型三維非線性軟件MSC.Marc，模擬了AZ31鎂合金型材溫熱張力繞彎成形工藝。分析了繞彎成形過程中型材的應力、等效應變以及溫度分

2、布規(guī)律。模擬結果表明：型材彎曲成形之后橫截面切向應力狀態(tài)從內側到外側依次為“拉壓拉壓”，呈“N”形分布特征。型材外側等效塑性應變最大，其值為0.132；內側次之，為0.069；中間橫筋等效塑性應變最小，為0.003。內側和外側溫差在預拉伸結束、旋轉過程、旋轉結束和卸載回彈時依次為0.6517.2313.58和0.27℃。關鍵詞：AZ31鎂合金；型材；張力繞彎成形；數值模擬；熱力耦合Thermomechanicalcouplednumer

3、icalsimulationstudyonwarmtensionrotationbendingofextrudedAZ31magnesiumalloyprofileXiaoHan12LiuJinsong13ZhangShihong12ZhangXingguo2(1.InstituteofMetalResearchChineseAcademyofSciencesShenyang1100162.SchoolofMaterialsScienc

4、eEngineeringDalianUniversityofTechnologyDalian1160853.SchoolofMaterialsScienceEngineeringShenyangLigongUniversityShenyang110159)Abstract:Basedonthethreedimensionalelastoplasticthermomechanicalcoupledfiniteelementmethodth

5、ewarmtensionrotationbendingprocessofAZ31magnesiumwassimulatedbyusingthe3DnonlinearsoftwarepackageMSC.Marc.Thedistributionofstressequivalentstraintemperatureoftheprofileduringthebendingprocesswereanalyzed.Theresultsindica

6、tethattangentialstressofcrosssectionofprofilefromtheinsidetooutsidesurfaceafterbendingwasshownas“tensilecompressiontensilecompression“whichappearedas“N“shaped.Equivalentplasticstrainofoutsidesurfaceofprofileismaximumwhic

7、his0.132theinnersurfaceislowerwhichis0.069thedleribofprofileisminimumis0.003.Temperaturedifferencesbetweeninsideoutsideprofileattheendoftheprestretchingrotaryprocesstheendofrotationafterunloadingwere0.6517.2313.580.27℃re

8、spectively.Keywds:AZ31magnesiumalloyprofiletensionrotationbendingnumericalsimulationthermomechanicalcoupled1引言鎂合金型材彎曲件作為一種典型的輕量化結構件，在航空、航天、汽車、軌道交通等行業(yè)有著廣泛的應用前景[13]。傳統(tǒng)的彎曲工藝成形鎂合金型材容易產生橫截面形狀畸變，局部斷裂，回彈量大等問題，對于截面形狀復雜的型材產生的問題更嚴

9、重。繞彎法是一種成形效率、精度較高的彎曲工藝，用該方法生產出來的產品，質量較高。采用有限元法研究繞彎成形規(guī)律和優(yōu)化工藝已成為研究熱點。唐建陽等人[4]分析了型材繞彎成形中的有限元建模、加載方式等對數值模擬結果的影響，研究了側壓力和后張力對繞彎成形幾何缺陷的影響規(guī)律，模擬數據與實驗進行對比得出兩者數值較接近，并具有一致的規(guī)律性。溫彤等人[5]分析了管材繞彎成形的受力與變形特點，應用彈塑性有限元法分析了繞彎的工藝參數對成形后管材壁厚變化及截

10、面橢圓度的影響。唐鼎等人[6]建立了基于顯示算法的銅管彎管有限元仿真模型，研究了薄壁銅管繞彎成形中不同形式的芯棒對厚度減薄和截面畸變的影響，并對模型進行了試驗驗證。Zhao等人[78]建立了鋁合金薄壁矩形管繞彎成形過程的三維有限元模型，對薄壁矩形管繞彎成形過程失穩(wěn)起皺及工藝參數對失穩(wěn)起皺的影響規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究，分析了芯棒、壓塊、防皺塊及彎曲模與管坯間隙對管坯截面畸變的影響規(guī)律。Yu等人[9]利用數值模擬研究了U型LY12M鋁合金繞彎

11、成形性能，分析了側壓力和拉伸力對型材彎曲尺寸精2.3邊界條件及載荷控制型材繞彎成形過程中，彎曲模固定不動；動模繞著彎曲模的圓心做旋轉運動使型材彎曲成形，成形結束后動模沿著型材的法向卸載，模擬回彈過程。動模的運動采用Table進行控制。模具和型材的接觸設定好之后，就需要設定加載條件，包括初始條件和邊界條件。初始條件：設定型材的加熱溫度。邊界條件：設定型材的約束條件，包括四類：第一類：端部約束，將型材固定端所有的節(jié)點在X、Y、Z三個方向上自

12、由度固定；第二類：對稱約束，將對稱面施加對稱約束；第三類：熱邊界約束，一方面添加除對稱面外的所有面域，用于定義型材與周圍環(huán)境的熱交換；另一方面是將所有的單元施加變形熱，也即塑性變形產生熱的邊界條件；第四類：張力約束，將型材另一端的面施加張力，張力約束的作用是首先在彎曲前使型材產生一定伸長量，并使型材產生拉應力；其次型材彎曲過程中張力保持不變。3模擬結果及討論3.1應力分布AZ31鎂合金型材繞彎成形不同時刻的切向主應力如圖2所示，圖2(a

13、)為預拉伸結束時切向主應力云圖，型材切向主應力為拉應力；圖2(b)為拉伸結束，動模旋轉過程的某一時刻切向主應力云圖，型材外側切向應力為拉應力，最大值為203MPa，內側為壓應力，最大值為268MPa。圖2(c)為動模旋轉結束之后切向主應力云圖，型材外側仍是拉應力，內側為壓應力，應力值大小與圖2(b)相比變化不大；圖2(d)為繞彎成形結束，卸載回彈之后切向主應力云圖，型材卸載回彈過程中外側拉應力逐漸減小并轉變?yōu)閴簯?，內側壓應力也逐漸減小

14、并轉變?yōu)槔瓚?，卸載結束之后最大拉應力值為160MPa，最大壓應力為176MPa，切向應力值的絕對值比卸載回彈之前要小。圖2型材繞彎成形過程切向應力的變化：(a)拉伸結束；(b)旋轉過程；(c)旋轉結束；(d)回彈結束Fig.2Variationoftangentialstressduringrotarybendingprocess(a)theendofpretension(b)rotaryprocess(c)theendofrotat