【正文】 就構(gòu)成了熱成型件的熱力耦合成形過程。近年來，基于剛塑性、剛粘塑性和熱剛粘塑性有限元法的數(shù)值模擬技術(shù)已被成功地用于分析各種金屬塑性成形問題，該技術(shù)適用于不同類型的邊界條件，對工件的幾何形狀幾乎沒有限制，可以獲得變形體在成形過程的計算機(jī)軟件的開發(fā)成功。 在熱變形過程中，變形金屬要經(jīng)受溫度和應(yīng)力的雙重影響，其中內(nèi)部組織的變化十分復(fù)雜，是一種非穩(wěn)態(tài)的不可逆過程。 3 剛粘塑性有限元基本方程 用剛粘塑性有限元法分析金屬塑性成 形問題時，材料滿足一下假設(shè)： （ 1） 忽略材料的彈性變形； （ 2） 不計體積力和慣性力； （ 3） 材料均質(zhì)，且各向同性； （ 4） 材料變形過程中體積不變； （ 5） 材料服從 Mises 屈服準(zhǔn)則，且等向強(qiáng)化； （ 6） 材料同時存在應(yīng)變強(qiáng)化和應(yīng)變速率強(qiáng)化。因為已證明在適當(dāng)?shù)膮?shù)選擇下，它是無條件穩(wěn)定。 3 網(wǎng)格劃分及重劃分 有限元網(wǎng)格劃分是有限元模擬前處理中的一部分重要工作，網(wǎng)格劃的質(zhì)量和優(yōu)劣對整個有限元計算過程及結(jié)果產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，不同的網(wǎng)格劃分有著不同的計算時間復(fù)雜度和計算精度。摩擦問題一直是金屬加工工作者研究的一個中心問題之一。 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 14 第 三章 拉深 件數(shù)值模擬中工藝參數(shù) 1 引言 長期以來，對于設(shè)計人員來說，設(shè)計或開發(fā)一個工藝方案基本是以生產(chǎn)經(jīng)驗為主要依據(jù)。 本章首先建立了拉深成形過程的三維有限元模擬模型，其次采用三維有限元數(shù)值模擬軟件 DEFORM3D 對拉深工藝進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，選擇了摩擦因子、毛坯直徑、拉深件形狀、凸凹模刃口圓角、沖壓速度 、 毛坯的 材料 等參數(shù)，進(jìn)行了多次模擬，根據(jù)模擬結(jié)果對比分析分析了以上諸多參數(shù)對成形工藝的影響，從而獲得了他們對成型過程的影響規(guī)律，為拉深件成形工藝的 研究提供了有效依據(jù)。 圖 32 不同摩擦因子載荷 行程曲線圖 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 16 2 模具方面 模具間隙小時，材料進(jìn)入間隙后的擠壓力增大，摩擦力增加，拉深力大，故極限 拉深 系數(shù)取較大值。 因此證明了摩擦因子在 拉深的過程中對成形零件有著很大的影響， 作者認(rèn)為在進(jìn)行數(shù)值模擬時應(yīng)當(dāng)考慮摩擦因子影響。 近年來，以有限元法為代表的數(shù)值模擬方法已廣泛應(yīng)用于各種金屬成形問題的求解分析中，實現(xiàn)了金屬全 成形過程的計算機(jī)仿真。但當(dāng)正應(yīng)力較大時，摩擦力可能會大于剪切屈服極限，導(dǎo)致較大的誤差。 4 接觸摩擦處理 接觸問題的處理一直是有限元數(shù)值模擬金屬塑性成形過程的一個主要難點。 BUFS 法 NewtonRaphson 法共容易收斂，常應(yīng)用于彈塑性問題的求解，但是其精度差一些，一般情況下不采用這種 迭代算法。 1 求解算法 為確保數(shù)值 模擬計算順利進(jìn)行，并得到正確的結(jié)果，第一步則是算法的收斂及穩(wěn)定性是必須保證的，目前來說，非線性有限元計算從根本上說有兩大類算法，即所謂的顯示法和隱式法。 金屬成形過程中溫度場與塑性變形場之間的相互作用，就構(gòu)成了熱成型件的熱力耦合過程，對二者的數(shù)值分析要耦合進(jìn)行，即熱力耦合計算。在 高溫變形過程中，材料的流變應(yīng)力更多的依賴應(yīng)變速率和變形溫度對金屬塑性流動的影響，可采用由剛塑性有限元方法擴(kuò)展而得到的剛粘塑性有限元法。為此， Zienkiewicz 于 1974 年提出剛粘塑性有限元法，并采用剛粘塑性有限元法分析了金屬塑性成形過程。 體積成形時，金屬材料體積發(fā)生大量轉(zhuǎn)移，變形極其不均勻，由塑性變形功轉(zhuǎn)化的熱能在工件內(nèi)部的分布也極其不均勻。為了保證精度和解的收斂性，每次加載不能使很多單元同時屈服，這就使得每次計算時的變形增量不能太大，所以對大變形問題計算時間較長，效率較低。所謂有限元仿真技術(shù)就是：在計算機(jī)上對金屬塑性成形過成進(jìn)行實時跟蹤描述，并通過 計算機(jī)圖形系統(tǒng)演示整個成形過程 ，從而揭示金屬的流動規(guī)律、各種因素對金屬變形的影響以及成形過程中變形和模具的各種力學(xué)場的分布。 DEFORM 的功能 （ 1） 成形分析 :1,冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合分析，提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息 。通過在計算機(jī)上模擬整個加工過程，幫助工程師和設(shè)計人員： 設(shè)計工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場試驗成本； 提高工模具設(shè)計效率，降低生產(chǎn)和材料成本； 縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。 ShirizlyA 指出了模具半徑在拉深中的重要作用。 R .L . Whiteley 首次提出材料的各向異性在對稱拉深中對 LDR(limiting drawing ratio)有著重要影響。 Xi Wang 和 Jian Cao共同利用全量理論和能量平衡的方法，也對側(cè)壁起皺臨界條件進(jìn)行了分析，但在分析過程中他們假設(shè)了緯向應(yīng)力為一恒值，并且本構(gòu)關(guān)系中的瞬時模量的經(jīng)、緯向應(yīng)力為一常值，從而大大降低了其結(jié)果的可信性，從結(jié)果可以看到皺曲臨界壓邊力遠(yuǎn)大于相同條件下的破裂失穩(wěn)臨界壓邊力。文獻(xiàn) [9]分析了曲面類零件中較為典型的圓錐形件的沖壓拉深成形過程，通過分析變形毛坯不同部分在沖壓成形中的作用及變形實質(zhì)，歸納了圓錐形零件的變形特點，并在跟蹤毛坯上各金屬質(zhì)點的位移軌跡，分析變形各質(zhì)點貼模過程中位移與變形關(guān)系的基礎(chǔ)上，找到了圓錐形零件沖壓成形中最有可能產(chǎn)生起皺破壞缺陷的危險點位置。為了描述皺紋形態(tài)，早期一些學(xué)者建立了一維正弦曲線模型，隨后提出了二維形變模型、二維變位函數(shù)模型和二維折線變位函數(shù)模型。圖 12 是不同變形路徑下的成形極限線。影響拉深過程順利進(jìn)行的兩個主要障礙是破裂和起皺。工件相對直徑越大，極限狀態(tài)下的相對厚度就越小。 文獻(xiàn) [3]在文獻(xiàn) [4]的基礎(chǔ)上深入分析了沖壓板材的機(jī)械性能 (厚向異性指數(shù)r 、硬化指數(shù) n、屈強(qiáng)比 b sσ /σ 、 綜合參量 r nσb )、板料厚度 t 及相 對板厚 t /D、工件相對直徑 d /t 、凸模及凹模圓角半徑、壓邊力以及摩擦系數(shù)等因素對拉深性能的影響規(guī)律。在對圓錐形零件成形極限的研究方面，至今還未給出統(tǒng)一的能夠反映零件變形程度大小的公式和依據(jù)；用于臨界失穩(wěn)狀態(tài)下的極限變形程度的表達(dá)方式和條件也各不相同；對零件成形極限的確定缺乏可以供生產(chǎn)實際應(yīng)用的成果及技術(shù)數(shù)據(jù)。但由于其幾何形狀復(fù)雜，其變形區(qū)的位置、受力情況、變形的性質(zhì)與分布、毛坯的各部分應(yīng)力狀況和分布規(guī)律都與直壁形零件不同，所以在其成形過程中出現(xiàn)的各種問題及其相應(yīng)的解決辦法都與直壁類零件有很大的區(qū)別。對軸對稱 拉深 成形極限的研究，可以指導(dǎo)設(shè)計、完善拉深件的成型工藝，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。再者，我國使用的此類設(shè)計手冊，大多是沿用的前蘇聯(lián)的算法和數(shù)據(jù)，經(jīng)過長期的時間證明與實際有較大的出入。將其與焊接、膠接等工藝復(fù)合，能是零件結(jié)構(gòu)趨于合理，加工更為方便，可以用較簡單的工藝制造出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。 43 圖 421 錐形件拉深缺陷圖二 33 圖 47 等效應(yīng)力分布 29 圖 42 窄凸緣件等效應(yīng)力、應(yīng)變分布圖 25 圖 315 剛性材料數(shù)值模擬 4 圖 12 不同變形路徑下的成形極限圖 47附錄 A 46主要參考文獻(xiàn) 29 2 低盒形拉深件的數(shù)值模擬 28 1 帶有凸緣拉深件的數(shù)值模擬 25 5 拉深件質(zhì)量分析 11 4 剛粘塑性有限元模擬的關(guān)鍵技術(shù) 2 1 軸對稱拉深成形技術(shù)研究概況 關(guān)鍵詞 ：拉 深 ； 拉深力 ； 工藝試驗 ； 數(shù)值模擬 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 II ABSTRACT Sheet metal stamping is a sheet metal forming Process by using molds to get Products that fit the requirement of design in shape, dimension and Performance． As sheet metal stamping can Provide the advantages such as saving materials， high efficiency and low cost, it is one of the important machining processes in manufacturing industries， .， machinery， electron， instruments and aerospace， etc. Drawing is one of the most typical sheet metal stamping processes， which is also Widely used in practical production of many work pieces ． Although existing researches on drawing have already developed to a relatively high level as well as abundant correlative literatures focus on it， there are still some fields need to be studied ． Therefore, thorough and further research on drawing process is quite necessary． Based on the development history and status quo of drawing process， this paper is focused on the drawing process which has not been studied well． If DEFPRM analysis of forming and drawing parts such issues as changes in material thickness． The main research contents and results are listed as follows： (1)Technologic experiments With utilization of technologic experiments being desig