Victor经典案例集第七十二篇：Abaqus仿真薄壁钢管件的弯曲成形（滚弯成形）

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Abaqus仿真薄壁钢管件的弯曲成形（滚弯成形）实例(图文+视频教程)



（1）


背景和原理







弯法在型材弯曲工艺中是应用最为普遍的工艺之一。拉弯时，先将工件两端用夹头夹紧，然后通过夹头给工件施加轴向拉力，所加载的拉力比屈服强度稍高一点，使工件屈服；预拉完成后，移动夹头按照一定的路径运动，实现工件的弯曲过程，使工件完全贴模；拉弯完成后不能马上卸下工件，增大两端夹头的拉力再拉一次即补拉过程，以减小回弹，同时确保形状符合成形要求。



压弯法是一种简单的弯曲工艺，在压弯法方面的研究比其它弯曲成形工艺要少很多。压弯法原理示意图如上图所示：将待加工工件置于上下两个刚性模具之间，对上模施加向下的压力，使工件完全贴合模具，得到想要的外形。在成形型材过程中，当工件受到压力时，可能会产生截面变形、材料侧向滑移和局部材料变薄等问题，因此需要对型材内部添加支撑物件以尽量减少截面畸变。芯棒是比较常见的支撑方法，也有在型材内部充入高压气体、液体等办法来缓解截面畸变。与上述几种弯曲工艺相对比，压弯法的优点是可以一次成形出弯曲形状复杂的零件，如图所示，工件有两个弯曲位置，用其它弯曲工艺需要两道工序才能成形出来，而使用压弯法一步即可实现。



绕弯法作为型材的弯曲成形工艺，具有效率高、质量好、形状易于控制、结果较为精确等特点。绕弯原理如下图所示。这种弯曲工艺的成形方法是将工件用绕弯模和夹头夹紧，使其紧贴绕弯模，导向块贴合工件，弯曲时绕弯模开始旋转，带动夹头和工件，导向块提供方向推力，形成弯曲力矩，工件在弯曲力矩的作用下发生弯曲且形状贴合弯曲模。管坯和绕弯模接触的部分就是变形区，控制着成形后的零件外形，所以绕弯模是绕弯成形工艺最重要的部分。通过改变绕弯模可以改变产品的外形，如希望成形出三维形状的弯曲零件，就将绕弯模倾斜放置或做出不规则的边缘造型。绕弯成形后管坯的回弹量较大，为了减小回弹，可在弯曲末端施加一个与弯曲力矩相反的轴向力。由图可以看出，为了在工程中保证管坯的轴向位置不变，机床对管坯有一定的长度要求，这在一定程度上使得绕弯工艺的应用受到限制。



滚弯法是一种很常见的型材弯曲方法，形式多种多样。有三轴滚弯、四轴滚弯和六轴滚弯等，下图所示为滚弯成形的示意图。以三辊弯曲为例，首先将工件放置在辊子之间，电机驱动辊子转动，辊子与工件之间的摩擦力驱动工件向前移动，各辊子间形成弯曲的通路使工件发生弯曲，一般在弯制一件工件时，辊子要进行多次的辊压过程，以确保工件外形并减小回弹情况。各个辊子之间形成的通路决定了工件的弯曲力矩，既而决定了弯曲成形的半径大小。四辊弯曲原理与三辊弯曲基本相同，但是滚弯过程中工件受力更加均匀，对于型材截面的形状也有比较好的控制，因而可以得到更高的成形精度。有时需要对一些异形截面的工件进行弯曲，此时可以将辊子加工成符合工件截面形状的特殊外形，这样可以使辊子充分贴合工件表面，确保受力均匀且可以避免工件截面因局部受力而发生畸变，可以获得更好的外形和精度，这样的特殊辊如图1.7右下所示。一般而言，滚轮对数越多，得到的滚弯成形件精度越高。但是，在滚弯成形过程中出现的问题也会更加复杂，因而在实际过程中应根据生产需要和生产能力选择合适的滚弯成形设备。



本实例通过对薄壁钢管件的弯曲成形过程进行三维弹塑性有限元仿真。仿真模型参数：管径380mm，长度4000mm，厚度10mm。本次实例对比了滚轮压下量（即是图中红色滚轮的位移）分别为20mm，25mm和30mm时对结果的影响。




（2）


Step By Step 建模操作图文演示



1.

part模块创建两个part



2.

property模块创建材料属性为铝的材料，截面属性为shell-homogeneous



3.

装配如图



4.

创建两个step，场输出和历史输出（输出轮子的支反力-位移）





5.

创建接触属性，其中一个摩擦系数为0



创建接触



6.

对三个轮子进行约束（详细设置参考视频教程）



7.

划分网格



8.

创建job，提交计算查看结果：

压下量为25mm的结果：





单独显示薄壁管的应变



位移云图动画



曲线：

能量曲线



Left轮子力-位移曲线



Middle轮子扭矩-转角曲线



当压下量为30mm时，有缺陷产生：



不同压下量动画对比：





9.

遇到的问题：

接触等条件设置正确的前提下，不论划分多细的网格，网格仍然穿透（如下面的动画所示）。

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怎么看不到图片