【正文】 究對(duì)象。從試驗(yàn)的角度分析半球形零件沖壓成形的失穩(wěn)點(diǎn)，得出半球形零件的內(nèi)皺一般發(fā)生在相對(duì)其半徑為 ～ 附近的位置處。拉深筋參數(shù)的合理取值及拉延筋位置的合理布置是控制金屬流動(dòng)、防止出現(xiàn)起皺和破裂的重要手段。半球形沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)主要是解決起皺與破裂這些難點(diǎn)問(wèn)題。然后針造成起皺與破裂的影響因素進(jìn)行分析，尤其是拉延筋設(shè)計(jì)在半球形件沖壓成形中的影響 ,借助 CAE 建模在通過(guò)用 DYNAFORM改變拉延筋位置、拉延筋方式、筋高、拉深速度與壓邊力等因素，進(jìn)行半球形件的成形性能的有限元分析仿真，探討半球形件沖壓成形工藝中拉延筋的設(shè)計(jì)，并最終選擇較優(yōu)拉延筋參數(shù)的方法。 關(guān)鍵詞 拉延筋 半球形件 沖壓成形 有限元 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title Drawbead Design Of Hemispherical Stamping Based On Finite Element Analysis Abstract Hemispherical pieces of paper, through analysis of the deformation in forming the characteristics of hemispherical in forming the understanding of the problems: wrinkling and rupture. Then cause wrinkling and rupture pins factors affecting the analysis, especially designed drawbead hemispherical Stamping in effect through the use of CAE modeling drawbead with DYNAFORM change the location, drawbead way, rib height , Drawing speed and blank holder force and other factors, the performance of hemispherical shape parts finite element analysis simulation of metal forming process hemispherical drawbead design, and ultimately select the optimum Drawbead parameters. Keywords Drawbead Hemispherical pieces Stamping FEM 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 Ⅰ 頁(yè) 共 Ⅰ 頁(yè) 目 錄 1 緒論 ............................................................. 1 選題背景 ....................................................... 1 沖壓成形技術(shù)研究現(xiàn)狀 ........................................... 1 主要研究目標(biāo)及內(nèi)容 ............................................. 2 論文的組織結(jié)構(gòu) ................................................. 2 2 半球形件沖壓成形工藝?yán)碚摲治?..................................... 4 半球形件沖壓成形的變形特點(diǎn) ..................................... 4 半球形件沖壓成形遇到的問(wèn)題 ..................................... 5 影響半球形件沖壓成形的因素 ..................................... 7 本章小結(jié) ...................................................... 10 3 半球形件沖壓成形的仿真模型建立 .................................. 11 DYNAFORM 軟件概述 ............................................. 11 基于 DYNAFORM 的半球形件成形模擬的流程 ......................... 11 半球形件仿真模型的建立及拉延筋的生成 .......................... 13 成形極限圖 FLD ................................................ 21 4 半球形件沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)模擬分析 ............................ 22 參數(shù)選擇 ...................................................... 22 研究分 析思路 .................................................. 22 不同的拉延筋位置對(duì)半球形件成形影響分析 ........................ 22 不同的拉延方式對(duì)半球形件成形影響分析 .......................... 26 不同的筋高對(duì)半球形件成形影響分析 .............................. 28 不同的拉深速度對(duì)半球形件成形影響分析 .......................... 31 不同的壓邊力對(duì)半球形件成形影響分析 ............................ 34 本章小結(jié) ...................................................... 37 結(jié)束語(yǔ) ............................................................. 38 致 謝 ............................................................. 39 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................ 40 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 1 緒論 選題背景 半球形零件在板料成形中是經(jīng)常遇到的比較典型的零件。因?yàn)榘肭蛐渭儆谇婊剞D(zhuǎn)體零件，半球形件成形是曲面成形中最簡(jiǎn)單的一種，但是半球形件也是薄板金屬?zèng)_壓件中較難成形的一類(lèi)零件，半球形件由于含有圓角區(qū)的緣故，變形區(qū)內(nèi)變形大小的分布不是很均勻的，造成半球形件成形的不均勻性明顯 ,因此研究影響半球形沖壓成形的因素將會(huì)對(duì)以后研究各種復(fù)雜曲面成形有很好的參考意義。通過(guò)改變 拉延筋幾何參數(shù)使變化率更加合理，能明顯地提高半球形件沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)質(zhì)量。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) （ 2）拉延筋技術(shù)研究現(xiàn)狀 1998 年， T. Meinders 建立了一種基 于罰約束法的拉延筋等效模型 [4]。通過(guò)對(duì)凹模施加拉延筋來(lái)增加進(jìn)料的阻力，從而減少起皺與拉裂，再 借助 CAE 手段建 模通過(guò) DYNAFORM 改變拉延筋參數(shù)方式（拉延筋的位置，形式，筋高等），進(jìn)行半球形件成形性能的有限元仿真分析，探討半球形件沖壓成形工藝。 （ 7）使用不同筋高對(duì)優(yōu)化解 進(jìn)行進(jìn)一步分析，得出筋高的優(yōu)化方案； （ 8）使用不同的變壓邊力對(duì)優(yōu)化解進(jìn)行進(jìn)一步分析，得出壓邊力的優(yōu)化方案。 第 3 章：對(duì)半球形件成形時(shí)破裂和起皺臨界壓邊力理論進(jìn)行了研究，分析了影響板料臨界壓邊力的因素，并討論了板料成形的安全區(qū)域。按力學(xué)變形的特點(diǎn)，拉深工件可分為桶形件（圓桶形件，帶凸緣圓桶件，階梯圓桶件）、曲面回轉(zhuǎn)體零件（球形、拋 物線形、錐形等）、盒形件（方形、矩形、橢圓形等）和不規(guī)則形狀零件等四大類(lèi)。 1. 凸模 圖 劃分網(wǎng)格后的有限元模型 （ 2）半球形件拉深時(shí)，凸緣變形區(qū)圓角處的拉深阻力大于直邊的拉深阻力，造成圓角處的變形程度比直邊處的變形程度要大。 半球形件沖壓成形遇到的問(wèn)題 和普通光板一樣，半球形件的沖壓成形是一個(gè)復(fù)雜的、多重非線性的力學(xué)變形過(guò)程，且由于半球形件的材料、曲面的存在，使半球形件的沖壓成形過(guò)程變得復(fù)雜，因此其成形過(guò)程也出現(xiàn)了較多的缺陷，總體來(lái)說(shuō)，半球形件的主要缺陷形式有：起皺、破裂等 [10]。 一般來(lái)說(shuō)，沖壓零件上發(fā)生劇烈形變的位置周?chē)?，因?yàn)槊鞯淖冃尾荒芫鶆虻姆植迹瑢?dǎo)致零件表面上易形成部分起伏（或凸凹），當(dāng)起伏高度保持在 范圍內(nèi)時(shí)，稱(chēng)為“面畸變”，當(dāng)起伏高度達(dá)到或超過(guò) 時(shí)則稱(chēng)為“ 起皺”。按起皺發(fā)生的位置分也有四類(lèi)：凹模表面、凹模口部、拉深側(cè)壁和凸模底部。還可以采取使用分塊或階梯壓邊圈，加大壓邊力，也可以在法蘭區(qū)設(shè)置拉延筋，使法蘭區(qū)部分材料的流動(dòng)阻力加 大，從而達(dá)到消除起皺。但在現(xiàn)實(shí)的操作中控制壓邊力大小的準(zhǔn)確度還是有些難度的。破裂和起皺的實(shí)質(zhì)是相同的，都是不能穩(wěn)定進(jìn)行變形導(dǎo)致的。 （ 1）相對(duì)厚度（ 0/tD） 在半球形件沖壓成形過(guò)程中，薄板與普通光板的起皺過(guò)程有很多相同，但在凹模法蘭區(qū)非常容易起皺（如圖 ），這不 僅受拉深系數(shù)和凹模工作部分的幾何形狀影響，最主要是與相對(duì)厚度有關(guān)。毛坯形 狀與尺寸設(shè)計(jì)的合理，有利于改善沖壓過(guò)程中材料的流動(dòng)性，從而降低產(chǎn)生拉裂、起皺的可能性，提高零件的成形性。所以采用合理的壓邊力可以預(yù)防半球形件成形中過(guò)早產(chǎn)生起皺和破裂，還可以使 生產(chǎn)的效率提高 [12]。合適的沖壓速度不但能防止半球形件成形中起皺和破裂的過(guò)早出現(xiàn)，還能提高生產(chǎn)效率。 （ 3）摩擦系數(shù) 在拉深成形過(guò)程摩擦系數(shù)的大小對(duì)成形的影響是雙重的。因而增大時(shí)，拉深中的起皺臨界壓邊力減小，使起皺的 可能減小。當(dāng)圓角半徑增大時(shí)，板料彎曲半徑增大，回彈角也增大。 （ 2）凹模界面尺寸 凹模截面尺寸的大小在很大程度上影響工件的拉深成形，當(dāng)凹模截面尺寸不夠大時(shí)，材料很難流入模腔，就會(huì)產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。 （ 1）強(qiáng)度系數(shù) 材料的強(qiáng)度性能用強(qiáng)度系數(shù) K表示，不同材料決定了強(qiáng)度系數(shù) K的不同。厚向異性指數(shù)能體現(xiàn)出板料在板平面內(nèi)承受拉力或壓力時(shí) 抵 抗變薄或變厚的能力。方向上的異性指數(shù)。材料的 n值越大，同樣的變形條件下的應(yīng)力增加得越多。 本文研究的主要因素 由上可知，影響半球形件沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)的因素是眾多而繁雜的，要對(duì)這些因素一一進(jìn)行分析是十分困難的，也沒(méi)有必要，因?yàn)閷?duì)于一些特定的沖壓設(shè)備，或特定的零本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 件，一些因素是比較固定或者對(duì)半球形的成形影響比較小，比如本文研究得是材料相同的半球形件，其強(qiáng)度比是固定的。 本章小結(jié) 本章首先介紹了半球形件沖壓成形的基本理論及其成形缺陷，并在此基礎(chǔ)上找出了影響其沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)的因素及本文要研究的主要因素，這是為第四章半球形件沖壓成形中拉延筋的優(yōu)化與設(shè)計(jì)仿真分析奠定了理論基礎(chǔ)。研究半球形件的沖壓成形性能對(duì)以后復(fù)雜曲面沖壓件的研究有著一定的指導(dǎo)意義。這樣能得 到對(duì)應(yīng)的模型的 *igs 格式文件，可以用于 Dynaform 的調(diào)用。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 15 頁(yè) 共 41 頁(yè) 如圖 編輯模具 單擊 Preprocess（前處理），選擇 surface 對(duì)導(dǎo)入的模型進(jìn)行修剪，刪除不必要的表面，在 Surface 窗口選擇 ，在 selectByCursor 選擇 ，然后在窗口中選中沒(méi)用的表面，單擊 OK 即可。對(duì)如板料的網(wǎng)格化 Tools，選擇 Blank Generator，單擊 SURFACE，選中板料，在 Mesh Size窗口， Tool Radius為 ，單擊確定，完成板料的網(wǎng)格劃分，最后如圖 。 圖 板料的屬性 定義模具間的距離，單擊 Tools， Position Tools 中 Move Tools，選擇要移動(dòng)的模具，在 Distance 中輸入移動(dòng)距離，移動(dòng)方向?yàn)?Z Translation，使 y在 Z 方向移動(dòng) ,a 在Z方向移動(dòng) 。 圖 拉延筋的布置位置 （ 2） 快速設(shè)置拉延筋的參數(shù)以及毛坯的定義 通過(guò) Quick\Draw D