【文章內(nèi)容簡介】 償定位誤差，確保沖出合格的零件，并使條料有一定的剛度。 考慮到模具簡單，操作方便，采用如下的排樣形式，工件間距離為 1mm，工件與條料的間距為 。排樣圖如圖 46 所示。 這種方式的排樣，一個進距內(nèi)的材料利用率為 73%。圖46 排樣圖 工具網(wǎng)格劃分在進行模具的網(wǎng)格劃分時，網(wǎng)格應(yīng)盡量采用矩形單元，并盡量細分，以保證模具的網(wǎng)格描述精度。要防止仿真過程中由于網(wǎng)格過疏或過密，網(wǎng)格過疏會造成接觸表面網(wǎng)格發(fā)生穿透現(xiàn)象，而網(wǎng)格過密則會影響仿真運算效率。較好的解決方法是：對于接觸摩擦較為劇烈的圓角部位，網(wǎng)格應(yīng)劃分得密一些；而對于相對較為平緩的直壁段，網(wǎng)格可以劃分得稀疏一些。筒形件凹模、凸模劃分好的網(wǎng)格模型如圖47，48所示。劃分過程如上步的坯料劃分方法，在此不再贅述。 材料模型的選取及設(shè)置在導(dǎo)入筒形件的Solidwords模型并劃分好網(wǎng)格后，還要檢查網(wǎng)格的生成質(zhì)量，如翹曲度、長寬比等設(shè)置得是否合理等，以使其能夠滿足仿真的要求，接下來就要選取和設(shè)置材料模型了。本課題采用的材料是37低碳鋼板，其材料性能參圖 47 凹模網(wǎng)格模型 圖 48 凸模網(wǎng)格模型數(shù)如表41 所示，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式為 ，根據(jù)此公式??????繪出的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線如圖 49所示表41 低碳鋼板的材料性能參數(shù)材料種類密度 ?3/mKg楊氏模量 )(GpaE屈服強度 )(Ms?破裂強度 h)/(2mKN應(yīng)變強化指數(shù) n泊松比?厚向異性指數(shù)r厚度 )(mt低碳鋼?? DYNAFORM軟件提供了超過 100種的材料模型，但實際上只推薦使用123339五種材料模型，本課題采用了37材料模型，它是一種基于Barlet理論的材料模型，其中需要確定的材料參數(shù)有材料密度 、楊氏模?量 、泊松比 、屈服應(yīng)力 、硬化指數(shù) 和各向異性指數(shù) 六個參數(shù)。其中，E?s?nr各種鋼板的密度、楊氏模量和泊松比一般相差很小，因此實際中要確定的只有屈服應(yīng)力 、硬化指數(shù) 和各向異性指數(shù) 三個參數(shù)。s?nr圖 49 材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)力／Mpa應(yīng)變 τ 單位的設(shè)置DYNAFORM軟件采用單位無關(guān)性輸入，即輸入數(shù)據(jù)時不需附帶單位，但必須保證所有單位的一致性。本文采用的單位體系見表42。表42 DYNAFORM采用的單位體系長度 力 時間 應(yīng)力毫米（mm） 牛頓（N） 秒（s） 兆帕（Mpa ） 仿真工程前處理過后模型圖如圖 410 所示：圖 410 前處理后模型圖（1）自動設(shè)置。點擊 設(shè)置/ 自動設(shè)置 菜單，自動加入新建界面。設(shè)如下圖 411 所示。圖 411 自動設(shè)置(2) 定義板料及材料 板坯/定義幾何模型/添加零件層，選擇 BANK1（毛坯），如圖 412 所示圖 412 定義板料 板坯/材料/材料庫，選擇 DQSK37圖 413 定義材料（3）定義工具工具/punch（die、binder）/定義幾何模型，選擇對應(yīng)模型，如圖 414 所示圖 414 定義成形工具（4）各工具定位 工具/定位/10die，如圖 415圖 415 工具定位圖（5）計算設(shè)置 工序/drawing 設(shè)置如圖 416 所示圖 416 計算設(shè)置（6）計算過程圖 417 網(wǎng)格計算過程 后處理過程在 DYNAFORM 中計算完成后，單擊 PostProcess,選擇 yes,進入到ETA/POSTPROCESS 界面，選擇 OPEN FILE,打開剛才算好的 d3plot 格式文件，如圖 418。在這個界面中我們可以觀察到許多變化，比如：成形極限的變化，如圖 419；厚度的變化，如圖 420；主應(yīng)變的變化，如圖 421；次應(yīng)變的變化，如圖 422；表面應(yīng)變的變化，如圖 423；邊界移動的變化，如圖 424。等等。在后處理中我們可以清晰、準(zhǔn)確的把握材料成形過程中的各個方面的變化，有助于指導(dǎo)實踐。圖 418 后處理運行界面圖 419 成形極限圖圖 420 厚度的變化圖圖 421 主應(yīng)變的變化圖圖 422 次應(yīng)變的變化圖圖 423 表面應(yīng)變的變化圖 424 邊界移動的變化第 5 章 參數(shù)對模擬成形質(zhì)量的影響 人們對于工藝參數(shù)對板料成形性能的影響的基于理論上的認識只是定性的。利用板料成形計算機數(shù)值模擬技術(shù), 可以定量地考察各種工藝參數(shù)對板料成形性能的影響。前面我們使用板料成形有限元分析軟件 DYNAFORM，對該零件的成形過程進行了有限元數(shù)值模擬，從而研究工藝參數(shù)對該零件成形的影響。本章中，我們將根據(jù)模擬結(jié)果逐步修改壓邊力和摩擦因子的大小直至獲得合適的壓邊力和適當(dāng)?shù)哪Σ烈蛩亍?壓邊力的影響首先，修改壓邊力要方便的多，所以，我們先研究壓邊力對成形的影響。在這部分里，我們在不改變凹模圓角半徑情況下改變壓邊力進行模擬從而得出壓邊力的變化對拉深結(jié)果的影響。如圖 419 所示，出現(xiàn)了拉裂的情況， （開始，采用的壓邊力為 200KN） ，所以，這里需要減小壓邊力，我們?nèi)哼吜?100KN、120KN 以及 130KN，圓角半徑為 R6。實驗?zāi)M結(jié)果如下圖 5553 所示：圖 51 壓邊力為 100KN 的成形極限圖底部處于安全階段底部安全圖 52 壓邊力為 120KN 的成形極限圖圖 53 壓邊力為 130KN 的成形極限圖通過上圖觀察，在減小壓邊力后拉裂的情況明顯好多了，但凸緣有嚴(yán)重起皺和凹模圓角處有起皺趨勢，拉深件凸模頂部沒圓角處有拉裂的趨勢。 改進方案后模擬結(jié)果顯示，起皺，未成形部分出現(xiàn)頻繁，而且均出現(xiàn)在零底部出現(xiàn)危險底部出現(xiàn)斷裂底部出現(xiàn)危險件上。根據(jù)覆蓋件的成形理論，起皺產(chǎn)生的原因是拉深時凸緣變形區(qū)的每個小扇形塊在切向受到壓應(yīng)力的作用。當(dāng)作用力過大，扇形快又較薄。此壓應(yīng)力超過此時扇形塊所能承受的臨界壓應(yīng)力的話，則扇形塊就會失穩(wěn)彎曲而拱起。當(dāng)沿著周圍的每個小扇形塊都拱起，則在凸緣變形區(qū)沿切向就會形成高低不平的皺折，即起皺。變形區(qū)一旦起皺，對拉深的正常進行是十分不利的，尤其是首次拉深，還有后續(xù)拉深的零件。理論上加大壓邊力是可以實施的方案。但在此前，在筒形件的兩端圓弧處，拉裂出現(xiàn)，而且均出現(xiàn)在零件上。根據(jù)覆蓋件的成形理論，破裂產(chǎn)生的原因板料入模阻力過大，進料阻力超過板料的屈服極限時，板料就會變薄直至拉裂。實質(zhì)上這是由于壓邊力過大造成的?？梢妴为毟淖儔哼吜Σ荒苁菇Y(jié)果有更好的變化。 摩擦因素的影響我們知道，板料拉深時的破裂是由于最大拉應(yīng)力大于板料的抗拉強度，而影響板料成形過程中最大拉應(yīng)力大小的因素主要有徑向拉應(yīng)力、彎曲力和摩擦力等。實踐證明，通過加強潤滑降低最大拉應(yīng)力的方法最方便，也最有效。合理的潤滑不但可以減少缺陷的發(fā)生，極大地提高成形極限，還可以減少模具的摩擦磨損，大大提高模具的使用壽命。本實驗工藝參數(shù)是：取壓邊力為 120KN，摩擦因數(shù)分別取 和06.??。 （以上的模擬過程默認的摩擦因數(shù)為 ）?? ??模擬結(jié)果如圖 52 所示：圖 52 摩擦因數(shù)為 時的厚度變化圖當(dāng)摩擦因數(shù)為 時，如圖 54 所示，法蘭邊在流動時所受到的阻力較06.??小，比較容易流到凹模內(nèi)，直邊側(cè)壁出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，而且圓角處未出現(xiàn)明顯的變薄現(xiàn)象。當(dāng)摩擦因數(shù)增大為 時，如圖 53 所示，板料變薄率有所增大，??形件的兩端圓弧處有拉裂的危險了。圖 53 摩擦因數(shù)為 時的厚度變化圖當(dāng)摩擦因數(shù)增大到 時，如圖 426 所示，法蘭的流動狀況發(fā)生了很大的變化，由于板料流入凹?？诘淖枇υ龃?，法蘭處的材料流動性變差，厚度變化也很小，導(dǎo)致盒形件的兩端圓弧處的側(cè)壁變薄極大，從成形極限圖上可以看出，成形后此處的很多單元都處在危險區(qū)域。因此，可以推斷，盒形件已經(jīng)拉裂。對比以上仿真結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：(1)在筒形件拉深中，摩擦潤滑條件對其成形有著極大的影響，良好的潤滑狀況可以減小毛坯與模具間的摩擦力，減小板料的拉深阻力，改善板料的流動狀況，避免板料厚度過度減薄而發(fā)生拉裂，從而提高材料的拉深成形極限。反過來，從仿真結(jié)果中可以看出，隨著摩擦系數(shù)的增加，板料成形過程中的流動阻力增加，板料的流動性能降低，造成側(cè)壁在成形過程中得不到壓邊圈下的材料的補充，造成板料的拉深破裂趨勢急劇增加。(2)如上仿真結(jié)果證明，摩擦因數(shù)過小容易造成板料凹陷，相反會造成阻力過大而拉裂，所以適當(dāng)加大板料與凸模間的摩擦系數(shù)對板料的拉深成形是有利的，因此，實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)工件的不同部位來涂抹潤滑劑，使得整個工件的摩擦條件隨部位的不同而不同，以改善拉深成形條件。 模擬結(jié)果的分析綜合分析以上模擬結(jié)果可得出如下結(jié)論：(1) 壓邊圈可以對板料的沖壓成形產(chǎn)生重要影響，可以有效地控制法蘭各部分的金屬流動，改變壓邊力可以改變變形阻力的大小，改變材料變形程度，增加零件的整體強度，降低起皺的產(chǎn)生因素，通過調(diào)整壓邊力可有效改善起皺、拉裂等缺陷； (2) 摩擦因數(shù)的影響在拉深成形過程中也是非常重要的，板料拉深時的破裂是由于最大拉應(yīng)力大于板料的抗拉強度，而影響板料成形過程中最大拉應(yīng)力大小的因素主要有徑向拉應(yīng)力、彎曲力和摩擦力等。實踐證明，通過加強潤滑降低最大拉應(yīng)力的方法最方便，也最有效。合理的潤滑不但可以減少缺陷的發(fā)生，極大地提高成形極限，還可以減少模具的摩擦磨損，大大提高模具的使用壽命。 [15]由于板料成形的復(fù)雜性，影響因素的多樣性，因此單靠調(diào)整某一參數(shù)和布局是難以徹底消除起皺、拉裂等缺陷，實際上工廠在生產(chǎn)中，也都是同時調(diào)整多項工藝參數(shù)來防止缺陷的，如改變沖壓速度，改善潤滑條件，優(yōu)化毛坯及優(yōu)化工藝補充面等，這些措施都可以有效防止成形過程中缺陷的產(chǎn)生。數(shù)值模擬的結(jié)果有非常高的可信度，可以很好的預(yù)測出沖壓成形過程中可能出現(xiàn)的缺陷，通過對缺陷的預(yù)測和分析，并提出改進措施，可以有效的減少試模的工作量，縮短模具的制造周期，也證明了數(shù)值仿真模擬對實際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用?？偨Y(jié)本課題主要研究筒形件的拉深成形，以 Solidworks、DYNAFORM 為工具，對筒形件的成形進行了研究，對工藝參數(shù)對筒形件的拉深結(jié)果的影響進行了仿真分析，重點分析了壓邊力、摩擦因素對板料成形的影響，通過對模擬結(jié)果的分析來改進參數(shù)設(shè)置，最終使板料成形達到了良好的狀態(tài)。通過本次研究，可以認識到幾種參數(shù)對板料成形過程的重要影響。同時板料拉深中的一些關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵問題如模型建立、幾何模型傳遞、單元劃分、接觸摩擦的設(shè)置等對更好地發(fā)揮有限元仿真技術(shù)的作用有著巨大的作用，在實踐中還需要更多的總結(jié)。通過本次研究可以說明，合理的數(shù)值模擬仿真的正確性，可以對實際生產(chǎn)起指導(dǎo)作用，可以預(yù)測缺陷的產(chǎn)生，從而在實際生產(chǎn)中避免這些缺陷，縮短產(chǎn)品試制的時間，可以縮短開發(fā)新產(chǎn)品的周期，從而提升企業(yè)的競爭力。在研究中，作者深切體會到了有限元分析過程的困難性與復(fù)雜性，更體會到了其對實際生產(chǎn)的重要指導(dǎo)意義，這堅定了作者繼續(xù)努力學(xué)習(xí)下去的信心，在以后的工作中不斷探索，將數(shù)值模擬與實際生產(chǎn)更好的結(jié)合起來。作者認為，研究前人所提出的拉深工藝和模具結(jié)構(gòu)，對于更好地掌握板料拉深時的變形規(guī)律，減少工藝和模具設(shè)計時的盲目性有著重要的意義。致謝本論文在指導(dǎo)陳從升老師的多次指導(dǎo)下終于完稿，感激之情，溢于言表。在論文寫作過程中，得到了許多教師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助，陳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的專業(yè)知識、崇高的職業(yè)品德、無私的奉獻精神令我很感動，我從老師身上學(xué)到了做學(xué)問的態(tài)度、方法與知識，但更重要的是學(xué)到了做人的道理與做任何事情都應(yīng)有的認真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。這將使我受用終身！在這里我要對指導(dǎo)教師表達衷心的敬意與謝意。在此過程中，有眾多的老師和同學(xué)幫我搜集、查閱資料，校對文章，我不勝感激！同時對所有關(guān)心過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)表達我由衷的敬意！最后衷心感謝在百忙之中抽出時間參加答辯的各位專家、教授，謝謝你們！參 考 文 獻【1】[M]；北京：機械工業(yè)出版社；【2】 [J]；金屬鑄鍛焊技術(shù)；2022年09期【3】揭小平，葉建雄，袁有錄，[J]；鍛壓技術(shù)；2022年03期【4】樊百林，嚴(yán)國安，管克智，劉臨，黃永??；不銹鋼熱變形流動應(yīng)力數(shù)學(xué)模型[J]；北京科技大學(xué)學(xué)報；2022年03期【5】彭成允，鄧明，樂經(jīng)鋼；厚板小孔沖裁力學(xué)分析[J]；重慶工學(xué)院學(xué)報；2022年05期【6】孫衛(wèi)和，熊洪淼；錐形件拉深變形過程研究[J]；塑性工程學(xué)報；1997年02期【7】美國工程技術(shù)聯(lián)合公司；eta/DYNAFORM 應(yīng)用手冊，【8】陳文亮；板料成形 CAE 分析教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，【9】 杜東福主編；冷沖壓工藝及模具設(shè)計[M]。湖南科學(xué)家技術(shù)出版社，1999【10】 鄧明，呂琳等編著；沖壓成形工藝及模具[M]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，【11】 謝暉；基于 CAE 的沖壓工藝分析理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[D]；長沙：湖南大學(xué)，2022【12】王秀鳳，郎利輝；板料成形CAE設(shè)計及應(yīng)用：基于DYNAFORM[M]；北京：航空航天大學(xué)出版社，附錄一 科技文獻及翻譯英文原文：Effect of the Blank Holder Force on Drawing of Aluminum Alloy Square Cup: Theoretical and Experimental Investigation Abstract： In this study, the influence of A