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1、 基于Dynaform的寬凸緣筒形件拉深成形質(zhì)量?jī)?yōu)化分析 Quality Optimization Analysis on Wide Flange Cylindrical deep Drawing based on the Dynaform Software 總計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 頁(yè) 表 格 1 個(gè) 插 圖 23 幅 摘 要 Dynaform是基于非線性有限元理論建立的鈑金成形模擬和分析軟件。拉深成形是一種常見(jiàn)的鈑金成形方法，它的實(shí)

2、質(zhì)在于凸緣部分材料的轉(zhuǎn)移和塑性變形。 拉深過(guò)程中，坯料凸緣邊易在切向壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生失穩(wěn)而引起皺折，而當(dāng)筒壁所受總拉力大于筒壁處材料的有效抗壓強(qiáng)度時(shí)會(huì)在筒壁與筒底過(guò)渡部位的圓角與側(cè)壁相切處出現(xiàn)拉裂。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)利用非線性有限元分析軟件Dynaform對(duì)帶凸緣的圓筒件拉深的工藝過(guò)程及壓邊力數(shù)值進(jìn)行模擬，并對(duì)模擬結(jié)果（FLD圖、厚度圖、主應(yīng)變圖）進(jìn)行分析，分析引起起皺、拉裂的各種因素及對(duì)圓筒件拉深的質(zhì)量造成的影響，進(jìn)而調(diào)試得出質(zhì)量?jī)?yōu)化方案。方案中壓邊圈的壓邊力150000N，凸模運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值為1500，壓邊圈靠近速度數(shù)值為 2000。此方案沒(méi)有出現(xiàn)開裂和明顯的起皺。通過(guò)軟件模擬，可彌補(bǔ)拉深模

3、具經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，縮短模具的設(shè)計(jì)周期，并對(duì)類似產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)具有一定的借鑒作用。 關(guān)鍵詞：Dynaform 圓筒件 成形模擬 起皺 拉裂 ABSTRACT Dynaform is based on the nonlinear finite element theory of sheet metal forming simulation and analysis software. Deep drawing sheet metal forming is a commonmethod, which is the flange

4、part of the substance of the material transfer and plastic deformation. Drawing process, blank flange in the cut edge and easy to produce instability understress caused by wrinkles, and when the tube wall tension is greater than the totalsuffered by the cylinder wall at the effective compressive st

5、rength of the material in thecylinder wall, and when Tube and the end of the transitional parts of the fillet crackappears at Cebi tangent. The graduation project using nonlinear finite element analysis software with a flange on the cylinder Dynaform Drawing a blank holder force process and the num

6、erical simulation, and simulation results (FLD diagram, the thickness map, the principal strain diagram) to analysis, analysis of cause wrinkling, pull factors and the crack of deep drawing quality cylinder impact, and then come to the quality of debugging optimized programs. Program blank holder fo

7、rce 150000N, punch velocity values for 1500, close to the speed of the blank holder value is 2000. This scenario does not appear significant cracking and wrinkling. Through software simulation, drawing die can make up for lack of experience in the design and shorten the design cycle of mold, mold de

8、sign and similar products have some reference. Key words: Dynaform；Cylindrical pieces；Wrinkling；Crack  目錄 目錄 摘 要 III ABSTRACT IV 第一章 緒 論 1 1.1 沖壓工藝概述 1 1.2 板料成形數(shù)值模擬 2 1.3 DYNAFORM軟件簡(jiǎn)介 3 1.4 DYNAFORM軟件設(shè)計(jì)思想 3 1.5 DYNAFORM軟件在板料成型過(guò)程中的分析流程 4 1.6筒形件拉深成形缺陷分析

9、 5 第二章 零件的工藝性分析 7 2.1 零件的工藝性分析 7 2.2 零件的毛坯計(jì)算 8 第三章 利用UG進(jìn)行模型的建立 9 3.1 坯料模型的建立 9 3.2 凹模模型的建立 10 第四章 基于Dynaform軟件的筒形件拉深成形模擬 12 4.1 模型的導(dǎo)入 12 4.2 分析參數(shù)的設(shè)定 12 4.3 前處理設(shè)置 12 4.3.1 編輯零件 12 4.3.2 零件單元格的劃分 13 4.4 零件網(wǎng)格檢查 17 4.5 快速設(shè)置 18 4.5.1 創(chuàng)建壓邊圈零件 “Binder” 18 4.5.2 雙動(dòng)設(shè)置 18 4

10、.5.3 坯料零件的定義 19 4.5.4 定義材料“Material” 20 4.5.5 相關(guān)參數(shù)的初步設(shè)定 20 4.5.6 動(dòng)畫模擬演示 20 4.5.7 提交LS--DYNA進(jìn)行求解 21 第五章 后處理分析 22 5.1 成形極限圖分析（FLD） 22 5.1.1 拉裂 22 5.1.2 起皺 23 5.1.3 沒(méi)有開裂和明顯起皺 24 5.2 厚度變化圖 25 5.3 主應(yīng)變圖 25 總結(jié) 27 參考文獻(xiàn) 28 致謝 29 第一章 緒 論 1.1 沖壓工藝概述 鈑金沖壓成形是現(xiàn)代工業(yè)的一種重要的加工成形方法，它廣

11、泛應(yīng)用于汽車、航天等領(lǐng)域，是一個(gè)包括了幾何、材料以及邊界條件非線性的復(fù)雜力學(xué)過(guò)程。 沖壓不僅可以加工金屬材料，而且也可以加工非金屬材料。沖壓是利用沖壓模具安裝在壓力機(jī)或其他相關(guān)設(shè)備上，對(duì)材料（在常溫下）施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得一定形狀和尺寸零件的一種加工方法。沖壓工藝是一種產(chǎn)品質(zhì)量較好而且成本低的加工工藝。用它生產(chǎn)的產(chǎn)品一般具有重量輕且剛性好的特點(diǎn)。 沖壓工序的分類是指沖壓模具所能做的基本工序。沖壓工藝按其變形性質(zhì)可以分為材料的分離工序和成形工序二大類。分離工序的目的是在沖壓過(guò)程中使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離，同時(shí)，沖壓件分離斷面的質(zhì)量也要滿足一定的要求；成形工序

12、的目的是使沖壓毛坯在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，并轉(zhuǎn)化成所要求的成品形狀，同時(shí)也應(yīng)滿足尺寸精度方面的要求。 沖壓加工的三要素是模具、沖床和材料。此三要素是決定沖壓質(zhì)量、精度和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，是不可分割的。先進(jìn)的模具只有配備先進(jìn)的壓力機(jī)和優(yōu)質(zhì)的材料，才能充分發(fā)揮作用，做出合格優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，取得高的經(jīng)濟(jì)效益。 沖壓生產(chǎn)過(guò)程的主要特點(diǎn)如下： （1） 依靠沖模和沖壓設(shè)備完成加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)率很高，操作簡(jiǎn)便。 （2） 沖壓所獲的零件一般無(wú)需進(jìn)行切削加工，故節(jié)省能源和原材料。 （3） 沖壓所獲得原材料的表面質(zhì)量好，且沖件的尺寸公差由沖模保證，故沖壓產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，互換性好。 （4）

13、沖壓產(chǎn)品壁薄、質(zhì)量輕、剛度好，可以加工成形狀復(fù)雜的零件，小到鐘表的秒針、大到汽車縱梁等。 總上所述，沖壓與其他加工方法相比，具有獨(dú)到的特點(diǎn)，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，如汽車、電器、儀表、電子、國(guó)防以及日用品等行業(yè)。 1.2 板料成形數(shù)值模擬 對(duì)于板料成形有限元模擬目前主要有兩種分折方法：靜態(tài)隱式分析和動(dòng)態(tài)顯式分析。由于靜態(tài)隱式方法相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于一些簡(jiǎn)單的沖壓基本工序，如張拉成形、圓扳液壓脹形容易得到可靠的結(jié)果。靜態(tài)隱式方法可以采用較大的時(shí)問(wèn)步長(zhǎng)，在處理規(guī)模不大，非線性不強(qiáng)的問(wèn)題的時(shí)候能夠比較快的得到解。靜態(tài)隱式方法在拉深模擬應(yīng)用中遇到很多困難，因?yàn)檎w剮

14、度矩陣的形成和求逆使得計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，接觸問(wèn)題處理常引起計(jì)算的發(fā)散，求解三維問(wèn)題時(shí)這些問(wèn)題尤為突出。相對(duì)之下，動(dòng)態(tài)顯式方法解決拉深問(wèn)題比較有效，很少發(fā)散，比較靈活，處理接觸問(wèn)題容易，計(jì)算速度可以采取多種方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。它還可以預(yù)測(cè)拉深過(guò)程中出現(xiàn)的多種工藝缺陷，如坯料的起皺、破裂、回彈。板料拉深是一種復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程，它包含幾何非線性、材料非線性、接觸非線性的強(qiáng)非線性問(wèn)題，除了選用合適的分柝方法(靜態(tài)隱式，動(dòng)態(tài)顯式)外．還要考慮具體的接觸算法、殼元形式和本構(gòu)模型。具體的接觸算法和殼元形式依賴于所選用的分析方法，一定的分析方法又要求與之配合的本構(gòu)表達(dá)和單元積分形式。 在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)于許多力學(xué)問(wèn)題和物

15、理問(wèn)題，人們已經(jīng)得到了它們所遵循的數(shù)學(xué)描述，許多可以用基本方程(常微分方程或是偏微分方程)和相應(yīng)的定解條件里表示。但可以用解析方法求出精確解的只是少數(shù)方程性質(zhì)比較簡(jiǎn)單，且?guī)缀涡螤钕喈?dāng)規(guī)則的問(wèn)題。對(duì)于大多數(shù)問(wèn)題，由于方程的某些特征的非線性性質(zhì)，或由于求解區(qū)域的復(fù)雜形狀，得不到解橋的答案。對(duì)這類問(wèn)題解決一是引入簡(jiǎn)化假設(shè)，二是采用數(shù)值解法，對(duì)于第一種解決方法只能在有限的情況下可行，過(guò)多的簡(jiǎn)化可能導(dǎo)致誤差變大或是錯(cuò)誤的解答。有限元方法正是一種數(shù)值方法，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它已成為解決現(xiàn)在代科學(xué)技術(shù)問(wèn)題的主要工具之一。 用有限元模擬實(shí)際問(wèn)題時(shí)，基本思路是：首先要建立幾何模型，并對(duì)其進(jìn)行合理的離散

16、化；其次分析單元中位移模式、分析單元的力學(xué)性質(zhì)、計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力；再次要對(duì)所有單元進(jìn)行組集；最后求出未知節(jié)點(diǎn)的位移，進(jìn)一步求出其它變量。當(dāng)模擬軟件確定后，針對(duì)實(shí)際問(wèn)題需要對(duì)其中的一些計(jì)算法方法進(jìn)行選擇，一些參數(shù)的具體值進(jìn)行確定。板料拉深成形是一種復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程，它包括幾何非線性、狀態(tài)非線性、材料非性的多重非線性問(wèn)題，當(dāng)中影響因素很多。純用解析方法研究其規(guī)律很難求解，或是因?yàn)楹?jiǎn)化過(guò)多引起誤差過(guò)大，失去研究的意義。采用物理實(shí)驗(yàn)法，因?yàn)檫^(guò)程當(dāng)中各個(gè)參數(shù)的交互作用，難以確切了解當(dāng)中規(guī)律，并且采用物理實(shí)驗(yàn)法成本高、耗時(shí)長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及有限元數(shù)值方法的不斷發(fā)展，已經(jīng)可以較精確地對(duì)板料拉深成形過(guò)程進(jìn)行研究

17、。利用有限元分析可以對(duì)起皺和破裂進(jìn)行預(yù)測(cè)；進(jìn)行板料回彈的計(jì)算；預(yù)測(cè)和改善模具磨損，優(yōu)化模具參數(shù)；優(yōu)化潤(rùn)滑方案：確定毛坯尺寸和形狀；確定壓邊力和優(yōu)化及研究板料或模具參數(shù)等非正常情況下對(duì)拉深成形過(guò)程的影響。在拉深成形過(guò)程中，一些模具方面可能出現(xiàn)的問(wèn)題(凸凹模不同心、模具與板坯之間潤(rùn)滑不均勻)、板坯料的缺陷(板坯上出現(xiàn)小裂紋、劃痕、起皺、硬物撞擊的鼓包)以及坯料的形狀對(duì)于拉深成形過(guò)程有一定影響。 1.3 DYNAFORM軟件簡(jiǎn)介 DYNAFORM 軟件是美國(guó)ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開發(fā)的用于板料成形數(shù)值模擬的專用軟件,是LS-DYNA 求解器與ETA/FEMB前后處理器的完美組合,是

18、當(dāng)今流行的板料成形與模具設(shè)計(jì)的CAE工具之一。在其前處理器(preprocessor)上可以完成產(chǎn)品仿真模型的生成和輸入文件的準(zhǔn)備工作。求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通用顯式動(dòng)力為主、隱式為輔的有限元分析程序,能夠真實(shí)模擬板料成形中各種復(fù)雜問(wèn)題。后處理器(postprocessor)通過(guò)CAD技術(shù)生成形象的圖形輸出,可直觀地、動(dòng)態(tài)地顯示各種分析結(jié)果。 該軟件包括板料成形分析所需的與CAD軟件的接口,豐富高效的單元類型,領(lǐng)先的接觸和交界處理技術(shù),以及百余種材料模型。其主要功能包括分析預(yù)壓邊、拉延、整形、彎曲、翻邊和切邊等板料成形過(guò)程中的不同工序,也可以進(jìn)行多工步成形的分析。通過(guò)

19、用戶已定義好的成形工藝及模具形狀來(lái)預(yù)測(cè)減薄拉裂、起皺和回彈等成形狀態(tài);同時(shí)對(duì)成形力、壓邊力、拉延筋和模具磨損等各種工藝問(wèn)題進(jìn)行分析,以便優(yōu)化工藝和模具設(shè)計(jì)。其核心技術(shù)包括動(dòng)力顯式積分算法、板殼有限元理論、材料的本構(gòu)關(guān)系和屈服準(zhǔn)則、接觸判斷算法和網(wǎng)格細(xì)化自適應(yīng)技術(shù)、多工步成形模擬技術(shù)、CAD/CAM軟件和CAE軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、建立有限元模型的若干技巧以及板料成形模擬的一般過(guò)程。作為專業(yè)化的數(shù)值模擬分析軟件,該軟件在使用時(shí)對(duì)用戶的工程背景及理論知識(shí)要求并不高,因?yàn)椴坏哂薪缑嬗押煤头奖悴僮鞯奶攸c(diǎn),而且包括大量的智能化自動(dòng)工具,可以幫助模具設(shè)計(jì)人員方便地求解各類板料成形問(wèn)題,從而顯著減少模具

20、開發(fā)的設(shè)計(jì)時(shí)間及試模周期。 1.4 DYNAFORM軟件設(shè)計(jì)思想 DYNAFORM 軟件主要由兩部分組成：DYNAFORM 前后處理器和LS-DYNA 有元求解器。其設(shè)計(jì)思想主要體現(xiàn)在： 提供了良好的與CAD軟件IGES、VDA、DXF、UG 和CATIA 等文件的接口,以及與NASTRAN、IDEAS、MOLDFLOW 等CAE軟件的專用接口,還有方便的幾何模型修補(bǔ)功能AutoSetup功能的設(shè)置能夠幫助用戶快速地完成模型分析,大大提高了前處理的效率。模具網(wǎng)格自動(dòng)劃分與自動(dòng)修補(bǔ)功能強(qiáng)大,網(wǎng)格自適應(yīng)細(xì)分可以在不顯著增加計(jì)算時(shí)間的前提下提高計(jì)算精度,用最少數(shù)量的單元最大

21、限度地逼近模具型面。允許三角形和四邊形網(wǎng)格混合劃分,并可方便地進(jìn)行網(wǎng)格修剪。BSE (板料尺寸計(jì)算) 模塊采用一步法求解器,可以方便地將制件展開,從而得到合理的坯料尺寸。與LS-DYNA 相對(duì)應(yīng)的方便易用的流水線式的模擬參數(shù)定義,包括自動(dòng)接觸描述、壓邊力預(yù)測(cè)、模具描述、邊界條件定義以及模具和工件自動(dòng)定位等功能?？梢杂迷O(shè)定速度、加速度、力和壓力等多種方式進(jìn)行工具運(yùn)動(dòng)的精確定義,而且通過(guò)模具動(dòng)作預(yù)覽,用戶在提交分析之前可以檢查所定義的工具動(dòng)作是否正確。DFE模塊中包含了一系列基于曲面的自動(dòng)工具,如沖裁填補(bǔ)功能、沖壓方向調(diào)整功能以及壓料面與工藝面補(bǔ)充生成功能等,這些工具可以幫助模具設(shè)計(jì)工程師根據(jù)制件

22、的幾何形狀直接進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。 用等效拉延筋代替實(shí)際的拉延筋實(shí)現(xiàn)了拉延筋定義的簡(jiǎn)化,大大節(jié)省計(jì)算時(shí)間,并可以使用戶很方便地在有限元模型上修改拉延筋的尺寸及布置方式。 通過(guò)成形極限圖動(dòng)態(tài)顯示各單元的成形情況,如起皺及破裂等,通過(guò)三維動(dòng)態(tài)等值線或云圖顯示應(yīng)力應(yīng)變、工件厚度變化和成形過(guò)程等,允許用戶對(duì)工件的橫截面進(jìn)行剖分,可生成JPG、AVI和MPEG等圖形圖像文件,用于分析成形和回彈結(jié)果。增加了設(shè)計(jì)的可靠度。模擬工作可以讓設(shè)計(jì)者評(píng)估模具設(shè)計(jì)的合理性,從而節(jié)省了利用試模評(píng)估帶來(lái)的極高成本。模擬工作允許用戶試驗(yàn)更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案,可以在連續(xù)模中減少工位,嘗試替代材料;對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),可以捕捉潛

23、在的設(shè)計(jì)缺陷;對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)可以嘗試更具風(fēng)險(xiǎn)性的、更復(fù)雜的零件以及為非傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。而在這之前,這些開發(fā)工作都要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間。 1.5 DYNAFORM軟件在板料成型過(guò)程中的分析流程 在應(yīng)用DYNAFORM 軟件分析板料成形過(guò)程時(shí)主要包括三個(gè)基本部分，即建立計(jì)算模型、求解和分析計(jì)算結(jié)果,其流程如圖1.1所示。 圖1.1 板料成形過(guò)程分析的流程 具體應(yīng)用步驟表述如下： 1、在DYNAFORM 的前處理器中建立模型,或在CAD 軟件(如UG、CATIA 和Pro/ENGINEER等)中根據(jù)擬定或初定的成形方案,建立板料、對(duì)應(yīng)的凸模和凹模的型面模

24、型以及壓邊圈等模具零件的面模型,然后存為IGES、STL或DXF等文件格式,將上述模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入DYNAFORM 系統(tǒng)。 2、用DYNAFORM 軟件提供的網(wǎng)格劃分工具對(duì)板料、凸模、凹模、壓邊圈進(jìn)行網(wǎng)格劃分,檢查并修正網(wǎng)格缺陷(包括單元法矢量、網(wǎng)格邊界、負(fù)角、重疊結(jié)點(diǎn)和單元等)。 3、義板料、凸模、凹模和壓邊圈的屬性,以及相應(yīng)的工藝參數(shù)(包括接觸類型、摩擦系數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度和壓邊力曲線等)。 4、整板料、凸模、凹模和壓邊圈之間的相互位置,觀察凸模和凹模之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),以確保模具動(dòng)作的正確性。 5、置好分析計(jì)算參數(shù),然后啟動(dòng)LS-DYNA 求解。 6、解結(jié)果讀入DYNAFORM 后處理器中,

25、以云圖、等值線和動(dòng)畫等形式顯示數(shù)值模擬結(jié)果。 7、析模擬結(jié)果,通過(guò)反映的變化規(guī)律找到問(wèn)題的所在。重新定義工具的形狀、運(yùn)動(dòng)曲線,以及進(jìn)一步設(shè)置毛坯尺寸,變化壓邊力的大小,調(diào)整工具移動(dòng)速度和位移等,重新運(yùn)算直至得到滿意的結(jié)果。 1.6筒形件拉深成形缺陷分析 板料沖壓成形過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多種不同類型的成形缺陷，各種缺陷對(duì)沖壓零件的尺寸精度、表面質(zhì)量和力學(xué)性能都會(huì)有影響。拉深成形的實(shí)質(zhì)在于凸緣部分的壓縮變形，拉深件質(zhì)量問(wèn)題的主要表現(xiàn)方式有起皺、拉裂等。 （1） 起皺 在拉深過(guò)程中，為使金屬產(chǎn)生塑性變形，模具對(duì)板料施加外力，在板內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。由于凸緣部分的材料受到切向壓應(yīng)力的作用，當(dāng)

26、材料較薄時(shí)，很可能使材料失去穩(wěn)定性而發(fā)生皺折，在凸緣的整個(gè)周圍產(chǎn)生波浪形的連續(xù)彎曲，這種現(xiàn)象稱為起皺。 采用ETA/DYNAFORM軟件進(jìn)行具體的運(yùn)算時(shí)，可以通過(guò)觀察成形極限圖和板料增厚率來(lái)預(yù)測(cè)和判斷給定工藝條件下零件可能產(chǎn)生的起皺，并通過(guò)修改毛坯尺寸、大小，模具幾何參數(shù)或沖壓工藝參數(shù)（比如模具間隙、壓邊力大小）等措施予以消除。 （2） 拉裂 在板料成形過(guò)程中，隨著變形的進(jìn)一步加深，材料的承載面積不斷減小，其應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)不斷增加。當(dāng)應(yīng)變強(qiáng)化時(shí)效的增加能補(bǔ)償承載面積縮小時(shí)，變形能穩(wěn)定的進(jìn)行下去；當(dāng)兩者恰好相等時(shí)，變形處于臨界狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)變強(qiáng)化時(shí)效的增加不能補(bǔ)償承載面積縮小時(shí)，即越過(guò)了臨界狀態(tài)

27、，板料的變形將首先發(fā)生在承載能力弱的位置，繼而發(fā)展為細(xì)頸，最終導(dǎo)致板料出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。 采用ETA/DYNAFORM軟件由于能準(zhǔn)確的計(jì)算具體板料在沖壓成形中的流動(dòng)情況，從而可以準(zhǔn)確的得出成形過(guò)程中沖壓零件的應(yīng)力、應(yīng)變分布及大小和板料厚度像局部減薄率等的變化情況。這為判斷給定的模具參數(shù)和沖壓工藝是否合理，是否產(chǎn)生破裂的可能性提供了科學(xué)依據(jù)。 （3） 拉深凸耳 筒形件拉深，在制件口端出現(xiàn)有規(guī)律的高低不平現(xiàn)象就是拉深凸耳。 （4） 時(shí)效開裂 時(shí)效開裂是指制件拉深成形后，由于經(jīng)收到撞擊或振動(dòng)，甚至存放一段時(shí)間間后出現(xiàn)的口部開裂現(xiàn)象，且一般是以口端先開裂，進(jìn)而擴(kuò)展開的。

28、 第二章 零件的工藝性分析 2.1 零件的工藝性分析 圖2.1 產(chǎn)品圖 （1） 零件成形特點(diǎn) 該零件為帶凸緣的圓筒件，零件尺寸精度為IT14，筒形件的圓筒件的半徑R=5. 材料為08鋼，且零件的形狀，圓角半徑及材料皆滿足拉深工藝的要求。 在筒形件的拉深成形過(guò)程中，板坯在凸模壓力的作用下，凸模底部的材料變形很??；而且零件凸緣面的金屬在凸模壓力的作用下，要受到拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的 作用，徑向伸長(zhǎng)，切向縮短，依次流入凸凹模的間隙里成為圓筒形直璧。最后，將平板毛坯拉深成圓筒形。 （2） 成形分析

29、 該零件在拉深成形過(guò)程中，拉深的變形區(qū)較大，金屬流動(dòng)性較大，拉深過(guò)程中位于凸緣部分的材料因切向壓縮易起皺；處于凸緣圓角區(qū)的材料因受到徑向強(qiáng)烈拉深而嚴(yán)重變薄，甚至拉裂。因此，分析其拉深變形特點(diǎn)，可找到產(chǎn)生起皺，拉裂等 成形缺陷的內(nèi)在 原因。便于合理的制定工藝和模具的設(shè)計(jì)。 （3） 拉深件的材料分析 該零件的材料為08號(hào)鋼，08號(hào)鋼屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，此類鋼鋼質(zhì)純凈，雜質(zhì)少，力學(xué)性能好，強(qiáng)度低，塑性、韌性好，易于深沖、拉延、彎曲和焊接，具有優(yōu)良的沖壓性能如表2.1所示： 表2.1 08號(hào)鋼材料的機(jī)械性能參數(shù) 彈性模量/GPa 屈服強(qiáng)度/MPa 抗拉強(qiáng)度/MPa 密度/(g

30、?cm-3) 207 196 323 7.83 查資料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，作為拉深的鋼板，其屈服比不應(yīng)小于0.66，對(duì)于此08號(hào)鋼，屈服比196/323=0.606，因此08號(hào)鋼材料的強(qiáng)度，符合該零件的拉伸性能。 2.2 零件的毛坯計(jì)算 零件在中性層尺寸：d=81mm r=5mm h=19mm dp=150mm A1=лd/4=10300.77 mm A2=лr(лd+4r)/2=2153.57 mm A3=лdh=4832.46 mm A4=лr(лd-4r)/2=1839.57 mm A5=л[(dp+2δ) -

31、(d+2r) ]/4=11161.915 mm 在實(shí)際沖壓中須考慮零件的修邊余量，凸緣相對(duì)直徑dp/d=19/81=0.234，可查找相關(guān)沖壓手冊(cè)，查的修邊余量δ為2.0mm。 A總=лD/4 D=196.43mm,取整得：D=197mm。 第三章 利用UG進(jìn)行模型的建立 UG NX 5 是美國(guó)UGS公司推出的集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造、輔助工程（CAD\CAM\CAE）于一體的三維參數(shù)化軟件，它在全球的航空、航天、汽車、模具和電器電子等各個(gè)生產(chǎn)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，它可以完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、加工、檢驗(yàn)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的全過(guò)程。 UG NX 5 提供了許多功能模塊，如U

32、G 基本環(huán)境、建模、工程制圖、產(chǎn)品裝配建模、鈑金設(shè)計(jì)、外觀造型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品分析模塊、數(shù)控加工模塊、管道布線模塊、形象化渲染。 下面利用UG 的建模模塊來(lái)進(jìn)行坯料模型和凹模模型的建立并導(dǎo)出.IGS格式的文件。 3.1 坯料模型的建立 打開NX5.0，點(diǎn)擊“新建”，點(diǎn)選“模型—建?！保缓蟀础按_定”按鈕，進(jìn)入建模狀態(tài)。 然后選擇“回轉(zhuǎn)”特征命令進(jìn)行建模，選著合適的草繪平面，進(jìn)行草繪。畫一條長(zhǎng)度為98.5mm的直線，然后點(diǎn)擊“完成草圖”按鈕，再選擇“Z軸”為旋轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)擊確定，完成建模。另保存名為“blank.prt”，得出三維實(shí)圖如圖3.1。 說(shuō)明：在選擇草繪平面時(shí)需要注意的一點(diǎn)：坯

33、料模型和凹模模型所選擇的參考系是一致的。并且因?yàn)镈ynaform軟件的特點(diǎn)，坯料必須圍著Z軸旋轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@次是利用Dynaform軟件來(lái)進(jìn)行拉深模擬分析，軟件拉深的動(dòng)向是沿著Z軸拉深的，否則達(dá)不到模擬的效果，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤。 圖 3.1 毛坯三維實(shí)體圖 然后打開畫好的實(shí)體“blank.prt”,點(diǎn)擊軟件的“文件”，彈出一個(gè)下拉單，把鼠標(biāo)的光標(biāo)靠在“導(dǎo)出”上，然后點(diǎn)擊“IGES”,把文件格式轉(zhuǎn)化成“.IGES” 。 3.2 凹模模型的建立 打開NX5.0，點(diǎn)擊“新建”，點(diǎn)選“模型—建模”，然后按“確定”按鈕，進(jìn)入建模狀態(tài)。 然后選擇“回轉(zhuǎn)”特征命令進(jìn)行建模，選著合適的草繪平

34、面，進(jìn)行草繪。根據(jù)要求畫出，然后點(diǎn)擊“完成草圖”按鈕，再選擇“Z軸”為旋轉(zhuǎn)軸，點(diǎn)擊確定，完成建模。另保存名為“die.prt”。得出三維實(shí)圖如圖3.2。 同樣的，在選擇草繪平面時(shí)需要注意的一點(diǎn)：坯料模型和凹模模型所選擇的參考系是一致的。并且因?yàn)镈ynaform軟件的特點(diǎn)，所以凹模也一樣必須圍著Z軸旋轉(zhuǎn)。 圖3.2 凹模三維實(shí)體圖 第四章 基于Dynaform軟件的筒形件拉深成形模擬 4.1 模型的導(dǎo)入 啟動(dòng)dynaform軟件，選擇菜單欄““File→Import”，依次導(dǎo)入上一步中的兩個(gè)文件（blank.IGS,die.IGS

35、），然后單擊“取消”按鈕，退出文件的導(dǎo)入對(duì)話框。完成了文件的導(dǎo)入后。單擊“File→save as”新建一個(gè)文件名“xxx.df”后保存并退出對(duì)話框。導(dǎo)入后如圖4.1所示： 圖4.1 毛坯和凹模導(dǎo)入后三維圖 4.2 分析參數(shù)的設(shè)定 選擇“tool→Analysis Setup”彈出“Analysis Setup”對(duì)話框，然后選擇“Draw Type”，將“Double action” 改為“Single action”，其他選項(xiàng)不要改變，單擊“OK”退出對(duì)話框。 4.3 前處理設(shè)置 4.3.1 編輯零件 選擇菜單“Parts→Edit”，彈出對(duì)話框。點(diǎn)

36、擊“Name ID”對(duì)blank進(jìn)行命名，點(diǎn)擊“modify”，點(diǎn)擊“OK”,然后相同的形式編輯“die”，點(diǎn)擊“OK”完成編輯。（注意顏色需要對(duì)應(yīng)）。如下圖4.2、圖4.3。 圖 4.2 編輯毛坯零件 圖4.3 編輯凹模零件 4.3.2 零件單元格的劃分 在工具欄中點(diǎn)擊“Part Turn on\off”按鈕或其快捷鍵，彈出對(duì)話框“Part Turn on\off”，點(diǎn)擊“die”將其關(guān)閉，其它的也將其關(guān)閉，如圖4.4，點(diǎn)擊“OK”按鈕。

37、 圖4.4 只打開BLANK層面 圖 4.5 只打DIE層面 對(duì)坯料零件“blank”進(jìn)行網(wǎng)格劃分,選擇菜單中的“preprocess→Element”彈出Element對(duì)話框然后選擇“Surface Mesh”按鈕，彈出對(duì)話框，其他設(shè)置按其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，即缺省值（但這里我們?cè)O(shè)置最大的網(wǎng)格尺寸為5mm），點(diǎn)擊“Select Surfaces→Display Surfaces”此時(shí)“blank”將高亮度顯示，點(diǎn)擊“OK→Apply→Yes→Exit”退回到Element對(duì)話框。

38、 圖 4.6 網(wǎng)格劃分過(guò)程圖 在“Part Turn on\off”上轉(zhuǎn)換，打開“die” ，關(guān)閉“blank”點(diǎn)擊“OK”。點(diǎn)擊屏幕右下角“current part→die→ok”確認(rèn)，將“die”作為當(dāng)前零件。 圖4.7 設(shè)置零件“DIE”為當(dāng)前零件 然后重復(fù)對(duì)零件“blank”的步驟，對(duì)“die”零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。劃分后進(jìn)入“Part Turn on\off”。打開“blank”和“die”關(guān)掉右下角的“Surfaces”和“Lines”，使其只顯示出劃分好的零件網(wǎng)格并保存。如圖4.7。 最后

39、得出網(wǎng)格劃分模型圖4.8 如下： 圖4.8 “圓筒件”網(wǎng)格劃分后的結(jié)果示意圖 4.4 零件網(wǎng)格檢查 在工具欄中點(diǎn)擊“part turn on/off”按鈕，關(guān)閉“blank”，打開“DIE”，點(diǎn)擊“OK”按鈕，將“DIE”設(shè)置為“current part”，將“DIE”零件層作為當(dāng)前操作層，再點(diǎn)擊菜單欄中選擇“preprocess/model check/repair ”命令。 點(diǎn)擊“Auto Plate Normal”按鈕，彈出“CONTROL KEYS”對(duì)話框，點(diǎn)擊其中“CURSOR PICK PART ”選項(xiàng)，點(diǎn)擊零件“DIE”凸緣面，注意方向的檢查，點(diǎn)擊

40、“EXIT”按鈕退出“CONTROL KEYS”對(duì)話框回到“model check/repair”對(duì)話框。如圖4.9。 在點(diǎn)擊對(duì)話框“model check/repair”中點(diǎn)擊“boundary display”工具按鈕，進(jìn)行邊界檢查，通常只允許零件的外輪廓邊界呈白色高亮，其余部位均保持不變。如果其余部分的網(wǎng)格有白色高亮顯示，則說(shuō)明在白色高亮處的單元網(wǎng)格有缺陷，須對(duì)有缺陷的網(wǎng)格進(jìn)行相應(yīng)的修補(bǔ)或重新進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分。 注意在觀察零件“DIE”的邊界線顯示結(jié)果后若沒(méi)有缺陷，則要點(diǎn)擊工具欄中的“clear highlight ”，將白色高亮部分清除。并點(diǎn)擊“OK”按鈕退出“model

41、 check/repair”對(duì)話框。 圖 4.9 零件網(wǎng)格檢查 4.5 快速設(shè)置 4.5.1 創(chuàng)建壓邊圈零件 “Binder” 在菜單中選擇“Parts→creat”命令，創(chuàng)建一個(gè)新的零件為“Binder”點(diǎn)擊OK,退出。點(diǎn)擊“Patrs”→Add…To Part”→“Element”→“spread” ，調(diào)整滑塊“Angle”的數(shù)值為1，點(diǎn)擊“die”的凸緣面，單擊“OK→apply→close”，結(jié)束零件binder的創(chuàng)建，選取菜單中“Parts→Separate”彈出對(duì)話框，選中零件“die”和“b

42、inder”單擊OK按鈕完成。既可以將壓邊圈網(wǎng)格從凹模零件中的網(wǎng)格上完全分離，從而形成另個(gè)獨(dú)立的零件的網(wǎng)格。如圖4.10。過(guò)程中需要注意的是對(duì)“die”和“binder”進(jìn)行“Separate”分離操作。 圖 4.10 創(chuàng)建壓邊圈零件 “Binder”過(guò)程圖 4.5.2 雙動(dòng)設(shè)置 選擇菜單中“Setup/Draw Die”命令,彈出對(duì)話框，選擇“Double action”和“Lower tool available”，進(jìn)行“Quick Setup/Draw”設(shè)置。 圖 4.11 拉延設(shè)

43、置 4.5.3 坯料零件的定義 選中菜單欄中“Setup/Draw Die”命令，彈出如圖所示的對(duì)話框，選擇”Single action”和“Upper Tool Available”，進(jìn)行“Quick Setup/Draw”設(shè)置。 分別對(duì)零件坯料“BLANK”、定義壓邊圈零件“BINDER”、凹模零件“DIE”進(jìn)行設(shè)置。 圖 4.12 零件坯料“BLANK”定義圖 4.5.4 定義材料“Material” 點(diǎn)擊上圖中的“None”按鈕，彈出如下圖所示的“Material”對(duì)話框， ，點(diǎn)擊“Mate

44、rial Library”按鈕，按照?qǐng)D中可選DQSK36材料，依次點(diǎn)擊OK按鈕返回到“Quick Setup / Draw”對(duì)話框。 4.5.5 相關(guān)參數(shù)的初步設(shè)定 在“Quick Setup / Draw”對(duì)話框中勾選“Lower Binder Force”選項(xiàng)，將其數(shù)值設(shè)置初步定為23000N，即為壓邊圈的壓邊力。依次點(diǎn)擊“Apply”，返回“Quick Setup / Draw”對(duì)話框。 4.5.6 動(dòng)畫模擬演示 點(diǎn)擊“preview”，進(jìn)行動(dòng)畫演示。通過(guò)動(dòng)畫， 可判斷工具運(yùn)動(dòng)設(shè)置是否正確合理。

45、 圖4.13 動(dòng)畫演示截圖 4.5.7 提交LS--DYNA進(jìn)行求解 在提交運(yùn)算前，先保存已經(jīng)設(shè)置好的文件，在點(diǎn)擊“Quick Setup / Draw”對(duì)話框中的“Submit Job”按鈕，選擇“Full Run Dyna”其采用系統(tǒng)缺省設(shè)置，點(diǎn)擊OK按鈕，即可提交進(jìn)行計(jì)算。點(diǎn)擊“Exit”按鈕退出“Quick Setup / Draw”對(duì)話框。 至此，采用“Quick Setup / Draw”方式進(jìn)行前處理全部結(jié)束，待運(yùn)算結(jié)束后，可在后處理模塊中觀察整個(gè)模擬結(jié)果。 圖4.14 提交LS--DYNA進(jìn)行求解圖 第五章 后處理分析 完

46、成求解運(yùn)算后，在Dynaform 軟件中點(diǎn)擊菜單欄中的“Post Process ”進(jìn)入后置處理程序。讀取求解后運(yùn)算生成的“.d3plot ”格式文件，在“Frames ”下拉列表框中選擇“ All Frames”選項(xiàng)進(jìn)行播放，可得到以動(dòng)畫形式顯示整個(gè)變形過(guò)程。 下面通過(guò)改變相關(guān)參數(shù)來(lái)對(duì)FLD圖、厚度圖、主應(yīng)變的進(jìn)行分析。 5.1 成形極限圖分析（FLD） 在軟件Dynaform 的后置處理程序中，選擇選項(xiàng)“ Forming Limit Diagram” 中可單獨(dú)觀察成形過(guò)程中毛坯零件“BLANK”的成形極限圖。 在進(jìn)行后處理時(shí)，通過(guò)不斷調(diào)試壓邊圈的壓邊力、凸模運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值、壓邊圈靠近

47、速度數(shù)值，可得出一個(gè)較相當(dāng)滿意的方案。但是在調(diào)試過(guò)程中毛坯零件“BLANK”的成形極限圖中出現(xiàn)起皺和拉裂兩種失效情況。圖5.1和圖5.2分別是起皺和拉裂兩種失效情況的成形極限圖。 5.1.1 拉裂 圖5.1 毛坯零件拉裂成形極限 此拉裂失效形式的數(shù)據(jù)為：壓邊圈的壓邊力250000N，凸模運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值5000，壓邊圈靠近速度數(shù)值2000 。 凸模力過(guò)大時(shí)，就容易使零件發(fā)生拉裂現(xiàn)象。拉裂時(shí)，從本次設(shè)計(jì)的零件看，在筒壁與筒底過(guò)渡部位的圓角與側(cè)壁相切處出現(xiàn)拉裂更容易拉裂，并且拉裂特別明顯，出現(xiàn)嚴(yán)重拉裂狀況。 拉深得到的工件沿底部向口部方向的厚度是不同的（后面厚度變化圖可明顯反應(yīng)

48、），在圓筒件側(cè)壁的上部厚度增加最多，而在筒壁與底部轉(zhuǎn)角稍上的地方板料厚度最小，該處拉和誰(shuí)呢時(shí)最容易斷裂。如上圖所示的拉裂部分即為最先拉裂的部分。因此在拉深過(guò)程中應(yīng)避免零件被拉裂使產(chǎn)品報(bào)廢。 5.1.2 起皺 圖 5.2 毛坯零件起皺成形極限圖 此起皺失效形式的數(shù)據(jù)為：壓邊圈的壓邊力9000N，凸模運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值3000，壓邊圈靠近速度數(shù)值2000 。 壓邊力過(guò)小時(shí)，就容易使零件發(fā)生起皺現(xiàn)象。起皺時(shí)，從本次設(shè)計(jì)的零件看，零件凸緣邊緣部分最容易起皺，并且起皺特別明顯，出現(xiàn)嚴(yán)重起皺情況。 毛坯起皺后，拱起的皺紋很難通過(guò)凸、凹模間隙而拉入凹模，圖中完全反應(yīng)了強(qiáng)行拉入的情況。拱起的皺

49、紋能勉強(qiáng)被拉入凹模內(nèi)形成筒壁，皺紋被烙平，會(huì)給工件的側(cè)壁上留下皺痕，從而影響零件的表面質(zhì)量。因此，起皺現(xiàn)象在拉深過(guò)程中盡量避免。 5.1.3 沒(méi)有開裂和明顯起皺 圖 5.3 經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試相關(guān)參數(shù)，有進(jìn)行加倍減倍地進(jìn)行參數(shù)修改。得出如圖5.3所示較為滿意的結(jié)果。 此結(jié)果相關(guān)的參數(shù)為：壓邊圈的壓邊力150000N，凸模運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值1500，壓邊圈靠近速度數(shù)值1500 。 由圖明顯可看出沒(méi)有開裂，和明顯起皺。但從圖可處凸緣邊緣部分有起皺，但此情況屬于正常情況，因?yàn)樵谧鰣A筒件的拉深當(dāng)中計(jì)算毛坯的尺寸時(shí)，就已經(jīng)把此考慮進(jìn)去了，此邊緣可以修剪掉，屬于修邊余量。 5.2 厚

50、度變化圖 在軟件Dynaform的后置處理程序中，選擇選項(xiàng)“Thickness”中可觀察成形過(guò)程中毛坯零件“BLANK”的板料厚度變化分布云圖，如圖5.4所示 圖5.4 零件“BLANK”板料厚度變化分布云圖 此為得出最終結(jié)果的厚度變化分布云圖。如圖所示，在圓筒形件的凸緣部分和相連的圓角處厚度增加的厚度最多，約為3.7%;在筒壁與底部轉(zhuǎn)角稍上的地方板料厚度最小，厚度減少了將近18%，該處拉深時(shí)最容易斷裂。如上圖所示，明顯反應(yīng)了凸緣變形區(qū)內(nèi)各部分的變形是很不均勻的。觀察上圖厚度變化分布云圖，可得底部圓角稍上部分的厚度略有變?。珊雎圆挥?jì)），一般不影響圓筒件的性能，

51、但筒壁厚度由底部向口部逐漸增厚。 5.3 主應(yīng)變圖 圖5.5 主應(yīng)變?cè)茍D 從應(yīng)變?cè)茍D可看出來(lái)，磚紅色區(qū)域所受的應(yīng)變力為最大，也就是圓筒件底部稍上部分筒壁所受的應(yīng)變力為最大。筒壁是傳力區(qū)，在繼續(xù)拉深時(shí)凸模作用的拉深力要經(jīng)過(guò)筒壁傳遞到凸緣部分。而平面凸緣區(qū)主要是發(fā)生塑性變形而逐漸進(jìn)入凹模，越往邊緣它受的應(yīng)力就越小。 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于Dynaform 軟件帶壓邊圈板料拉深流動(dòng)分析，并且是主要針對(duì)首次拉深進(jìn)行模擬。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)拉深有了更進(jìn)一步的了解，尤其是筒形件形的拉深，對(duì)拉深的變形過(guò)程及特點(diǎn)有了更好的掌握

52、。對(duì)圓筒形件的拉深工藝方案的制定有了一定的了解。 從這次設(shè)計(jì)可知，利用Dynaform 軟件能夠較好地模擬板料成形過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變分布，特別是實(shí)際加工中難以測(cè)量的部分也能在軟件中反映出來(lái)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可以利用該軟件迅速的確定壓邊拉深時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，模擬出符合要求的零件，既減少了試模時(shí)間，又提高了生產(chǎn)效率。 最后得出了較為滿意的方案，沒(méi)有出現(xiàn)拉裂和明顯的起皺，此方案的相關(guān)參數(shù)：壓邊圈的壓邊力150000N，凸模運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值1500，壓邊圈靠近速度數(shù)值1500 。 其實(shí)在設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)碰到很多問(wèn)題，如查資料、計(jì)算都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，特別是使用軟件操作模擬時(shí)，更容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，但通過(guò)接近三個(gè)多月的

53、努力終于學(xué)會(huì)慢慢去解決問(wèn)題。我覺(jué)得自己最大的收獲是學(xué)會(huì)了冷靜思考，細(xì)心認(rèn)真，特別是在軟件操作出不來(lái)結(jié)果的情況下，更要舍得花時(shí)間去琢磨。 由于時(shí)間和知識(shí)水平的限制，在設(shè)計(jì)中難免存在不足之處，肯定有還有許多值得進(jìn)一步改進(jìn)的地方，相信在以后的學(xué)習(xí)和工作當(dāng)中會(huì)加以改正和彌補(bǔ)。 參考文獻(xiàn) [1] 郝濱海，沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [2] 啟翔，沖壓模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社，2005. 4 [3] 陳文亮，板料成形CAE分析教程，機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 3 [4] 魏春雷，沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)，北京理工大學(xué)出版

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