【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(jiǎn)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(gè)進(jìn)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(jìn)行模具的網(wǎng)格劃分時(shí)，網(wǎng)格應(yīng)盡量采用矩形單元，并盡量細(xì)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(huì)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(huì)影響仿真運(yùn)算效率。較好的解決方法是：對(duì)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(duì)于相對(duì)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(zhǎng)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(qiáng)度 )(Ms?破裂強(qiáng)度 h)/(2mKN應(yīng)變強(qiáng)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(shí)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(gè)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(shí)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(gè)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(wú)關(guān)性輸入，即輸入數(shù)據(jù)時(shí)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(zhǎng)度 力 時(shí)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(dòng)設(shè)置。點(diǎn)擊 設(shè)置/ 自動(dòng)設(shè)置 菜單，自動(dòng)加入新建界面。設(shè)如下圖 411 所示。圖 411 自動(dòng)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(kù)，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(duì)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(jì)算設(shè)置 工序/drawing 設(shè)置如圖 416 所示圖 416 計(jì)算設(shè)置（6）計(jì)算過程圖 417 網(wǎng)格計(jì)算過程 后處理過程在 DYNAFORM 中計(jì)算完成后，單擊 PostProcess,選擇 yes,進(jìn)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(gè)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(dòng)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(gè)方面的變化，有助于指導(dǎo)實(shí)踐。圖 418 后處理運(yùn)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(dòng)的變化第 5 章 參數(shù)對(duì)模擬成形質(zhì)量的影響 人們對(duì)于工藝參數(shù)對(duì)板料成形性能的影響的基于理論上的認(rèn)識(shí)只是定性的。利用板料成形計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù), 可以定量地考察各種工藝參數(shù)對(duì)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(duì)該零件的成形過程進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，從而研究工藝參數(shù)對(duì)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(duì)成形的影響。在這部分里，我們?cè)诓桓淖儼寄A角半徑情況下改變壓邊力進(jìn)行模擬從而得出壓邊力的變化對(duì)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(shí)驗(yàn)?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(shì)，拉深件凸模頂部沒圓角處有拉裂的趨勢(shì)。 改進(jìn)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(xiǎn)底部出現(xiàn)斷裂底部出現(xiàn)危險(xiǎn)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(shí)凸緣變形區(qū)的每個(gè)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(shí)扇形塊所能承受的臨界壓應(yīng)力的話，則扇形塊就會(huì)失穩(wěn)彎曲而拱起。當(dāng)沿著周圍的每個(gè)小扇形塊都拱起，則在凸緣變形區(qū)沿切向就會(huì)形成高低不平的皺折，即起皺。變形區(qū)一旦起皺，對(duì)拉深的正常進(jìn)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(shí)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(jìn)料阻力超過板料的屈服極限時(shí)，板料就會(huì)變薄直至拉裂。實(shí)質(zhì)上這是由于壓邊力過大造成的。可見單獨(dú)改變壓邊力不能使結(jié)果有更好的變化。 摩擦因素的影響我們知道，板料拉深時(shí)的破裂是由于最大拉應(yīng)力大于板料的抗拉強(qiáng)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(shí)踐證明，通過加強(qiáng)潤(rùn)滑降低最大拉應(yīng)力的方法最方便，也最有效。合理的潤(rùn)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(shí)驗(yàn)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(rèn)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(shí)的厚度變化圖當(dāng)摩擦因數(shù)為 時(shí)，如圖 54 所示，法蘭邊在流動(dòng)時(shí)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(shí)，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(xiǎn)了。圖 53 摩擦因數(shù)為 時(shí)的厚度變化圖當(dāng)摩擦因數(shù)增大到 時(shí)，如圖 426 所示，法蘭的流動(dòng)狀況發(fā)生了很大的變化，由于板料流入凹?？诘淖枇υ龃螅ㄌm處的材料流動(dòng)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(xiǎn)區(qū)域。因此，可以推斷，盒形件已經(jīng)拉裂。對(duì)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(rùn)滑條件對(duì)其成形有著極大的影響，良好的潤(rùn)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(dòng)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(dòng)阻力增加，板料的流動(dòng)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(bǔ)充，造成板料的拉深破裂趨勢(shì)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(huì)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(duì)板料的拉深成形是有利的，因此，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)工件的不同部位來涂抹潤(rùn)滑劑，使得整個(gè)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(duì)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(dòng)，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(qiáng)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(shí)的破裂是由于最大拉應(yīng)力大于板料的抗拉強(qiáng)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(shí)踐證明，通過加強(qiáng)潤(rùn)滑降低最大拉應(yīng)力的方法最方便，也最有效。合理的潤(rùn)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(shí)際上工廠在生產(chǎn)中，也都是同時(shí)調(diào)整多項(xiàng)工藝參數(shù)來防止缺陷的，如改變沖壓速度，改善潤(rùn)滑條件，優(yōu)化毛坯及優(yōu)化工藝補(bǔ)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(cè)出沖壓成形過程中可能出現(xiàn)的缺陷，通過對(duì)缺陷的預(yù)測(cè)和分析，并提出改進(jìn)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(duì)實(shí)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(duì)筒形件的成形進(jìn)行了研究，對(duì)工藝參數(shù)對(duì)筒形件的拉深結(jié)果的影響進(jìn)行了仿真分析，重點(diǎn)分析了壓邊力、摩擦因素對(duì)板料成形的影響，通過對(duì)模擬結(jié)果的分析來改進(jìn)參數(shù)設(shè)置，最終使板料成形達(dá)到了良好的狀態(tài)。通過本次研究，可以認(rèn)識(shí)到幾種參數(shù)對(duì)板料成形過程的重要影響。同時(shí)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?jiǎng)澐?、接觸摩擦的設(shè)置等對(duì)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(shí)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(duì)實(shí)際生產(chǎn)起指導(dǎo)作用，可以預(yù)測(cè)缺陷的產(chǎn)生，從而在實(shí)際生產(chǎn)中避免這些缺陷，縮短產(chǎn)品試制的時(shí)間，可以縮短開發(fā)新產(chǎn)品的周期，從而提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在研究中，作者深切體會(huì)到了有限元分析過程的困難性與復(fù)雜性，更體會(huì)到了其對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的重要指導(dǎo)意義，這堅(jiān)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(shí)際生產(chǎn)更好的結(jié)合起來。作者認(rèn)為，研究前人所提出的拉深工藝和模具結(jié)構(gòu)，對(duì)于更好地掌握板料拉深時(shí)的變形規(guī)律，減少工藝和模具設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)、崇高的職業(yè)品德、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神令我很感動(dòng)，我從老師身上學(xué)到了做學(xué)問的態(tài)度、方法與知識(shí)，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(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。這將使我受用終身！在這里我要對(duì)指導(dǎo)教師表達(dá)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(duì)文章，我不勝感激！同時(shí)對(duì)所有關(guān)心過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)表達(dá)我由衷的敬意！最后衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間參加答辯的各位專家、教授，謝謝你們！參 考 文 獻(xiàn)【1】[M]；北京：機(jī)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(guó)安，管克智，劉臨，黃永健；不銹鋼熱變形流動(dòng)應(yīng)力數(shù)學(xué)模型[J]；北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)；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(bào)；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(bào)；1997年02期【7】美國(guó)工程技術(shù)聯(lián)合公司；eta/DYNAFORM 應(yīng)用手冊(cè)，【8】陳文亮；板料成形 CAE 分析教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，【9】 杜東福主編；冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)[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(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2022【12】王秀鳳，郎利輝；板料成形CAE設(shè)計(jì)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(xiàn)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