【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 10 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 其中冪指數(shù)被稱為應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)。 n值在數(shù)量上還等于 (或近似等于 )單向拉伸時(shí)材料剛要出現(xiàn)頸縮時(shí)的實(shí)際應(yīng)變。在成形以拉伸為主的零 件時(shí) ,n值小的材料 ,零件的厚度分布不均 ,表面粗糙 ,易于產(chǎn)生裂紋 ,n 值大的材料 ,零件的厚度分布均勻 ,表面質(zhì)量較好 ,不易產(chǎn)生裂紋。因此 ,n 值愈大 ,薄板的沖壓成形性能愈好。在成形以壓縮為主的零件時(shí) ,n 值大的材料其應(yīng)變強(qiáng)化能力強(qiáng) ,使危險(xiǎn)斷面的承載能力得以強(qiáng)化 ,有利于改善薄板的成形性能。 5)厚向異性指數(shù) r:薄板制件的寬向?qū)嶋H應(yīng)變與厚向?qū)嶋H應(yīng)變之比。 r值是金屬薄板沖壓成形中的極重要參數(shù) ,與 n 值一起可以作為評(píng)價(jià)薄板成形性能好壞的不可忽視的指標(biāo)。 r值的大小反映了薄板成形時(shí)厚向變形發(fā)展的難易程度。 r 值愈大 ,材料愈不易在厚向 發(fā)生變形 ,即愈不易變薄或增厚 。r 值愈小 ,材料厚向變形愈容易 ,即愈易變薄或增厚。 Dynaform 特點(diǎn)及其應(yīng)用的一般步驟 沖壓 CAE 軟件的主要發(fā)展 目前沖壓 CAE 軟件發(fā)展迅速，主流軟件有 AUTOFORM 和 DYNAFORM， CAE 軟件一定程度上消弱了經(jīng)驗(yàn)在模具開(kāi)發(fā)中所起的作用，但是也存在某些不足之處。今后沖壓CAE 軟件的主要發(fā)展方向如下 [2,5]： (1)提高分析準(zhǔn)確性 為了繼續(xù)提高分析的準(zhǔn)確性，需要發(fā)展與應(yīng)用新的本構(gòu)方程、破壞準(zhǔn)則和摩擦模型，特別是對(duì)于某些新材料的本構(gòu)模型，為此還需要 大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，必須提高回彈與殘余應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確性。 (2)提高分析能力 隨著仿真技術(shù)在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不斷增加，需要進(jìn)行分析的成形情況也越來(lái)越 11 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 復(fù)雜，對(duì)仿真技術(shù)的能力也提出了越來(lái)越高的要求。今后的數(shù)值仿真不僅可以分析剛性模條件下的成形，而且可以分析模具本身的變形，這樣可以提高在接觸區(qū)的起皺預(yù)測(cè)水平。 (3)提高優(yōu)化能力 當(dāng)前的成形模擬還主要用來(lái)作為虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)代替實(shí)際的模具調(diào)試過(guò)程，不能用來(lái)作為優(yōu)化工具。借助數(shù)學(xué)上利用敏感度分析實(shí)現(xiàn)多參數(shù)優(yōu)化的方法，可以對(duì)板材成形進(jìn)行優(yōu)化分析，得到最佳的 板材形狀，壓邊力，拉深筋位置等成形參數(shù)有限元模擬與CAD 環(huán)境的雙向嵌入是一個(gè)必然的趨勢(shì)。 Dynaform 軟件簡(jiǎn)介 eta/ 是由美國(guó)工程技術(shù)聯(lián)合公司（ ENGINEERING TECHNOLOGY ASSOCIATES,INC.） 開(kāi)發(fā)的一個(gè)基于 LSDYNA 的板料成形模擬軟件包 [8]。作為一款專業(yè)的 CAE 軟件， eta/DYNAFORM 綜合了 LSDYNA971 強(qiáng)大的板料成形分析功能以及自身強(qiáng)大的流線型前后處理功能。它主要應(yīng)用于板料成形工業(yè)中模具的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，可以幫助模具 設(shè)計(jì)人員顯著減少模具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間和試模周期。 eta/DYNAFORM 不但具有良好的易用性，而且包括了大量的智能化工具，可方便地求解各類板料成形問(wèn)題。同時(shí)， eta/DYNAFORM 也最大限度地發(fā)揮了傳統(tǒng) CAE 技術(shù)的作用，減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本和周期。 在板料成形過(guò)程中，一般來(lái)說(shuō)模具開(kāi)發(fā)周期的瓶頸往往是對(duì)模具設(shè)計(jì)的周期很難把握。然而， eta/DYNAFORM 恰恰解決了這個(gè)問(wèn)題，它能夠?qū)φ麄€(gè)模具開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行模擬，因此業(yè)就大大減少了模具的調(diào)試時(shí)間，降低了生產(chǎn)高質(zhì)量覆蓋件和其它沖壓件的成本，并且能夠有效地模擬板料成形過(guò) 程中四個(gè)主要工藝過(guò)程，包括：壓邊、拉延、回彈和多工步成形。這些模擬讓工程師能夠在設(shè)計(jì)周期的早期階段對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行 12 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 性進(jìn)行分析。 eta/DYNAFORM 具有良好的工具表面數(shù)據(jù)特征，因此可以比較好地預(yù)測(cè)覆蓋件沖壓成形過(guò)程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕、回彈，評(píng)估板料的成形性能，從而為板料成形工藝及模具設(shè)計(jì)提供幫助。 DYNAFORM 主要模塊有面向?qū)嶋H工藝過(guò)程的自動(dòng)設(shè)置模塊（ AUTOSETUP） 、回彈補(bǔ)償模塊（ SCP） 、模具系統(tǒng)分析模塊（ DSA）、拉延筋模塊、更加強(qiáng)大的模面工程模塊（ DFE）、增強(qiáng)的坯料工程模塊 （ BSE）、彎管模塊等，支持 Windows 和 Unix 系統(tǒng) [2]。 應(yīng)用 Dynaform 模擬板料成形的流程 (l)讀入零件幾何模型并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分 由于 dynaform 只適合對(duì)比較簡(jiǎn)單的零件進(jìn)行造型 ,所以一般用三維 CAD 軟 件 (如 Pro 膽、 UG)進(jìn)行零件造型 ,零件保存成 dynaform 可以識(shí)別的格式 (IGES,STL 或DXF等 )后到如 Dynaform,將其進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分 ,利用 dynaform提供的功能將板料展開(kāi) ,對(duì)配料劃分網(wǎng)格 ,并根據(jù)擬定或初定的成形方案 ,生成工藝補(bǔ)充面 ,建立對(duì)應(yīng)的凸模 和凹模的型面模型 ,以及壓邊圈等模具零件的面模型 ,并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 (2)定義毛坯和成形工具以及其屬性。 在 dynaform 中定義毛坯時(shí) ,材料屬性可以用 1 2 3 3 39 號(hào)材料模式來(lái) 13 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 模擬 ,18 號(hào)材料是冪指數(shù)塑性各向同性材料模型 ,24 號(hào)材料時(shí)分段線形材料模型 ,目前使用較多的時(shí) 36 號(hào)或 37 號(hào)材料來(lái)進(jìn)行沖壓成形分析 ,36 號(hào)材料為各向異材料 ,平面應(yīng)力狀態(tài)、屈服應(yīng)力為指數(shù)硬化方式 。37 號(hào)材料是厚向異性彈塑性材料模型 ,而 39號(hào)材料是帶 FLD(成形極限圖 )的厚向異性彈塑性材料模型 ,如果毛坯是對(duì)稱的話 ,還需要設(shè)置邊 界條件。對(duì)工具來(lái)說(shuō) ,dynaform 都是采用剛體材料和殼單元來(lái)進(jìn)行仿真 ,輸入實(shí)際的模具密度、彈性模量和泊松比 ,并選擇則壓力機(jī)的類型 (單動(dòng)或者雙動(dòng) ) (3)調(diào)整毛坯與各個(gè)工具的相對(duì)位置 調(diào)整毛坯與各個(gè)工具的相對(duì)位置 ,并設(shè)置運(yùn)動(dòng)工具的沖壓速度 ,壓邊力 ,通過(guò)動(dòng)畫(huà)觀察工具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) ,保證沖壓動(dòng)作的正確性。 (4)求解器計(jì)算 在生成求解器輸入文件前 ,還應(yīng)設(shè)置求解器參數(shù) ,如自適應(yīng)網(wǎng)格劃分、輸出 控制參數(shù)等。然后由板料成形數(shù)值模擬軟件生成求解器的輸入文件 ,提交給求解器進(jìn)行計(jì)算。 (5)后置處理 將求解結(jié)果讀入 Dynaform 后處理器 (eta/PostGL)中 ,以云圖、等值線和動(dòng) 畫(huà)等形式顯示數(shù)值模擬結(jié)果。 14 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 汽車覆蓋件概述 覆蓋件簡(jiǎn)介 覆蓋件主要指覆蓋汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤(pán)、構(gòu)成駕駛室及構(gòu)成車身的一些零件，如轎車的擋泥板、頂蓋、車門(mén)外板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、水箱蓋、行李箱蓋、骨架等 [9,10]。覆蓋件組裝后構(gòu)成了車身或駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀，它既是外觀裝飾性零件，又是封閉薄殼的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 覆蓋件表面一般都具有裝飾性，除考慮好用、好修、好造外，要求美觀大方。 覆蓋件結(jié)構(gòu)特征 車身 覆蓋件多數(shù)是空間復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜，從而決定其沖壓成形過(guò)程中的變形復(fù)雜性，不易分析與掌握沖壓變形規(guī)律，而且出現(xiàn)的成形質(zhì)量問(wèn)題也較多。覆蓋件有 較高的連接要求、結(jié)構(gòu)尺寸較大、表面質(zhì)量要求高、剛性好等特點(diǎn) [11]。 圖 21 是幾個(gè)典型的汽車覆蓋件簡(jiǎn)圖。沖結(jié)構(gòu)形狀及尺寸上看，這類零件的主要特點(diǎn)有： 右側(cè)圍 B 柱外板 左后側(cè)圍外板 背門(mén)外板 背門(mén)內(nèi)板 頂蓋外板 駕駛 室頂蓋縱梁支架 圖 21幾種典型的汽車覆蓋件簡(jiǎn)圖 15 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ① 零件總體尺寸大。如某車身頂蓋板沖壓所需坯料尺寸大 2800mm 2500mm； ② 相對(duì)厚度小。車身覆蓋件沖壓用鋼板厚度范圍通常在 ～ ，相對(duì)板料在長(zhǎng)度和寬度兩個(gè)方向的尺寸就很小了。 ③ 形狀復(fù)雜。車身覆蓋件形狀一般是許多形狀復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成，具有復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)，難以用簡(jiǎn)單的幾何方程去描述。 ④ 輪廓帶有局部形狀 覆蓋件成形分類 汽車覆蓋件的沖壓成形分類以零件上易破裂或起皺部位材料的主要變形方式為依據(jù) ,并根據(jù)成形零件的外形特征、變形量大小、變形特 點(diǎn)以及對(duì)材料性能的不同要求 ,可將汽車覆蓋件沖壓成形分為五類 :深拉深成形類、脹形拉深成形類、淺拉深成形類、彎曲成形類和翻邊成形類 [10,11]。 覆蓋件的主要成形缺陷及防止措施 由于覆蓋件形狀復(fù)雜，多為非軸對(duì)稱、非回轉(zhuǎn)體的復(fù)雜曲面形狀零件，因而決定了拉深時(shí)的變形不均勻，所以拉深時(shí)的起皺和開(kāi)裂是主要成形障礙。 ①起皺及防皺措施 原因： 覆蓋件的拉深過(guò)程中，當(dāng)板料與凸模剛開(kāi)始接觸，板面內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生 壓應(yīng)力，隨著拉深的進(jìn)行，當(dāng)壓應(yīng)力超過(guò)允許值時(shí)，板料就會(huì)失穩(wěn)起皺。 防皺措施： 解決的辦法是增加工藝補(bǔ)充材料 或設(shè)置拉深筋。 ②開(kāi)裂及防裂措施 原因：是由于局部拉應(yīng)力過(guò)大造成的，由于局部拉應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致局部大的脹形變形而開(kāi)裂。位置 :開(kāi)裂主要發(fā)生在圓角部位，開(kāi)裂部位的厚度變薄很大如凸模與坯料的接觸面積過(guò)小、拉深阻力過(guò)大等都有可能導(dǎo)致材料局部脹形變形過(guò)大而開(kāi)裂 。 防 16 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 裂措施 ：為了防止開(kāi)裂，應(yīng)從覆蓋件的結(jié)構(gòu)、成形工藝以及模具設(shè)計(jì)多方面采取相應(yīng)的措施。 ③覆蓋件的成形障礙的防止措施 覆蓋件的結(jié)構(gòu)上，可采取的措施有： 各 圓角半徑最好大一些、曲面形狀在拉深方向的實(shí)際深度應(yīng)淺一些、各處深度均勻一些、形狀盡量簡(jiǎn)單且變化 盡量平緩一些等。 拉深工藝方面，可采取的主要措施有： 拉深方向盡量 使凸模與坯料的接觸面積大、合理的壓料面形狀和壓邊力使壓料面各部位阻力均勻適度、降低拉延深度、開(kāi)工藝孔和工藝切口等 （如圖 22所示）。模具設(shè)計(jì)上， 可采取設(shè)計(jì)合理的 拉深筋、采用較大的模具圓角、使凸模與凹模間隙合理等措施。 圖 22工藝孔和工藝切口 ④ 汽車覆蓋件 沖壓 工藝的正確選擇 從汽車覆蓋件 沖壓 工藝設(shè)計(jì)依據(jù)到設(shè)計(jì)原則的分析 ，確定了正確的汽車覆蓋件 沖壓 工藝的方案，汽車整車外形是由許多輪廓尺寸較大且具有空間曲面形狀的覆蓋件焊接而成的。因此，此類覆蓋件與一般薄板 沖壓 件相比，具有材料相對(duì)厚度小，形狀復(fù)雜，尺寸精度和表面質(zhì)量都有較高要求。即覆蓋件表面平滑，棱線清晰，空間曲面形狀合理，不允許有皺紋，劃傷，拉毛等表面缺陷。而整車表面質(zhì)量的好壞取決于覆蓋件的 沖壓 。這就決定了覆蓋件拉深工藝的編制到 沖壓 模的設(shè)計(jì)，必須全面仔細(xì)地考慮，才能有效地避免覆蓋件的起皺、開(kāi)裂、拉毛回彈現(xiàn)象。 17 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 覆蓋件沖壓成形工藝設(shè)計(jì) 覆蓋件的沖壓工藝包括拉深、修邊 、翻邊等多道工序，確定沖壓方向應(yīng)從拉深工序開(kāi)始，然后制定以后各工序的沖壓方向 [10]。應(yīng)盡量將各工序的沖壓方向設(shè)計(jì)成一致 。 。 （ 1） 選用合理經(jīng)濟(jì)的覆蓋件的材料 汽車覆蓋件的拉深工藝是以金屬的塑性性能為基礎(chǔ)的沖壓加工方法，因此，一般選用屈服點(diǎn) σs 和屈服強(qiáng)度比 σs/σb 較低，而伸長(zhǎng)率 δ、厚向異性指數(shù) n 較高的薄板材料。目前汽車覆蓋件常用的材料有 ~ 的 08F 或 08AL 冷軋鋼板，這些材料基本上能滿足拉深的表面質(zhì)量要求。 （ 2） 為了保證覆蓋件幾何形狀的一致性，不影響 表面 質(zhì)量，應(yīng)盡可能在一道拉深工序中完成覆蓋件全部空間曲面形狀（包括筋條、鼓包等） （ 3） 覆蓋件的拉深深度在符號(hào)產(chǎn)品尺寸的條件下盡可能平緩均勻，讓各處的變形程度趨于一致。 （ 4） 覆蓋件的主要結(jié)構(gòu)面上如果有急劇的凸凹槽和較深的鼓包等局部形狀。在制定拉深工藝時(shí)，可以加大過(guò)渡區(qū)域或過(guò)渡圓角、工藝切口等方法，改善材料的流動(dòng)和補(bǔ)充條件。 （ 5） 適當(dāng)?shù)卦O(shè)置拉深筋、拉深檻和合適的壓料面，達(dá)到完好的效果。 （ 6） 覆蓋件上的孔一般應(yīng)在零件拉深成形后沖 、拉深方向的選擇 (1)拉深沖壓方向?qū)?拉深成形的影響 凸模能否進(jìn)入凹模、對(duì)破裂和起皺的影響等。 18 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (2)拉深方向選擇的原則 ①保證能將拉深件的所有空間形狀（包括棱線、肋條、和鼓包等）一次拉深出來(lái)，不應(yīng)有凸模接觸不到的死角或死區(qū)。 如圖 a，若選擇沖壓方向 A，則凸模不能全部進(jìn)入凹模 ,造成零件右下部的a 區(qū)成為 “ 死區(qū) ” ,不能成形出所要求的形狀。選擇沖壓方向 B 后 ,則可以使凸模全部進(jìn)人凹模 ,成形出零件的全部形狀。 圖 b)是按拉深件底部的反成形部分最有利干成形面確定的拉深方向 ,若改變拉深方向則不能保證 90176。角。 圖 31拉深方向確定實(shí)例 ②有利于降低拉深件的深度。 拉深深度太深 ,會(huì)增加拉深成形的難度 ,容易產(chǎn)生破裂、起皺等質(zhì)量問(wèn)題；拉深深度太淺 ,則會(huì)使材料在成形過(guò)程中得不到較大的塑性變形，覆蓋件剛度得不到加強(qiáng)。 ③盡量使拉深深度差最小。 以減小材料流動(dòng)和變形分布的不均勻性（如圖 32)。 圖 32拉深深度與拉深方向 19 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ④保證凸模開(kāi)始拉深時(shí)與拉深毛坯有良好的接觸狀態(tài)。 開(kāi)始拉深時(shí)凸模與拉深毛坯的接觸面積要大，接觸面應(yīng)盡量靠近沖模中心（ 如圖