【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式等對(duì)拉深成形效果和極限拉深比的影響 。 作者分析了模具結(jié)構(gòu)中影響鎂合金拉深成形的因素包括 模具凸凹模間隙、沖頭圓角半徑、凹模圓角半徑、模具形狀即拉深件形狀等的選取原則及對(duì)拉深件的影響。對(duì)成型溫度作者討論得出：鎂合金在常溫下塑性變形能力有限 , 但在合適的溫度下 , 其塑性變形能力即可得到提高。對(duì)于需熱拉深的零件最為簡(jiǎn)單的加熱方式是將拉深模具和鎂合金板料一起置于加熱裝置中加熱 , 該種方式設(shè)備簡(jiǎn)單 , 模具與加熱裝置分離 , 模具溫度由外向內(nèi)成遞減的溫度場(chǎng)。作者研究了恒定壓邊力、固定間隙式壓邊和彈簧壓邊的三種壓邊形式 , 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將三種壓邊方式結(jié)合起來(lái)使用 ，效果會(huì)更好。作者最后 展望了鎂合金拉深工藝研究的發(fā)展 方向與趨勢(shì)：（ 1）對(duì)其它材料拉深工藝的研究鎂合金板料的材料性能與拉深成形的關(guān)系 ,為鎂合金材料的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)與要求； ( 2) 研究開(kāi)發(fā)新的拉深成形工藝或運(yùn)用已開(kāi)發(fā)的先進(jìn)的拉深成形工藝 , 以提高鎂合金的拉深成形能力與生產(chǎn)效率； ( 3) 結(jié)合有限元分析 ,預(yù)測(cè)其成形能力 ,為鎂合金拉深模具的設(shè)計(jì)、拉深工藝的制定提供依據(jù)和指導(dǎo) ,降低成本 , 提高效率；（ 4）對(duì)拉深模具的幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ， 以提高其成形能力；（ 5）對(duì)鎂合金拉深變形中各種性能及工藝參數(shù)的進(jìn)行研究明確成形后零件的性能是否滿(mǎn)足要求并根據(jù)產(chǎn)品使用性能要 求進(jìn)行拉深工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。 屈服準(zhǔn)則和和材料硬化理論研究。 一般是先工藝試驗(yàn)，數(shù)值模擬試驗(yàn)，之后才捎帶著做一點(diǎn)理論探討。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)單純搞拉深理論研究的人。理論依據(jù)主要是密席斯屈服準(zhǔn)則和屈雷斯加屈服準(zhǔn)則。這兩個(gè)原則只適用于各向同性理想剛塑性材料，即屈服應(yīng)力為常數(shù)的情況。實(shí)際上，材料經(jīng)塑性變形后，要產(chǎn)生應(yīng)變硬化，因此屈服應(yīng)力并不是常數(shù)．屈服準(zhǔn)則將發(fā)生變化。在變形過(guò)程的每一瞬間，都有一后繼的瞬時(shí)屈服表面和屈服軌跡。后繼的瞬時(shí)屈服軌跡的變化是很復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，通常采用“各向同性硬化假設(shè) 。 譚欣珍在 其碩士學(xué)位論文《拉深工藝的試驗(yàn)研究及有限元模擬》中在工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)結(jié)果，并利用塑性力學(xué)中的主應(yīng)力法和材料硬化理論，推導(dǎo)了一個(gè)計(jì)算圓筒拉深力的新公式。歸納拉深力計(jì)算的不同方法，并進(jìn)行比較。作者認(rèn)為國(guó)內(nèi)外公認(rèn)統(tǒng)拉深力理論公式未考慮加工硬化或硬化規(guī)律選用不妥，并假定材料厚度不變。該文中作者用密席斯屈服條件，利用主應(yīng)力法推導(dǎo)出變形瞬間拉深力計(jì)算公式。按新模型公式得到的拉深力與前述實(shí)驗(yàn)中實(shí)測(cè)出的拉深力以及前述模擬所得的拉深力進(jìn)行比較得出計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值和模擬值十分接近，其誤差值只有 5％左右，表 明新建立的模型與拉深變形的實(shí)際是基本相符合的。這一拉深力新公式對(duì)拉深工藝產(chǎn)生了非常積極的影響，同時(shí)對(duì)其理論研究也有一定促進(jìn)。 拉深系數(shù)和拉深次數(shù)確定 拉深定義及拉深模 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 拉深又稱(chēng)拉延，是利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開(kāi)口空心零件的加工方法。 它是沖壓基本工序之一?？梢约庸ばD(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件。 按拉深后試件是否變薄可分為：不變薄拉深和 變薄拉深 拉深模：拉深所使用的模具。它的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，與沖裁模比較，工作部分有較大的圓角，表面 質(zhì)量要求高，凸、凹模間隙略大于板料厚度。 拉深是基本沖壓工藝之一，包括： 拉深變形過(guò)程分析、拉深件質(zhì)量分析、拉深系數(shù)及最小拉深系數(shù)影響因素、試件的工藝計(jì)算、拉深變形特點(diǎn)、拉深工藝性分析與工藝方案確定、拉深模典型結(jié)構(gòu)、拉深模工作零件設(shè)計(jì)、輔助工序等。 也可分為：一次拉深和多次拉深。 具體拉深次數(shù)有拉深系數(shù)決定。 拉深系數(shù) m:是以拉深后的直徑 d 與拉深前的坯料 D（工序件 dn）直徑之比表示。 第一次拉深系數(shù) 第二次拉深系數(shù)： 第 n 次拉深系數(shù)： 拉深系數(shù) m 表示拉深前后坯料（工序件）直徑的 變化率 。 m 愈小，說(shuō)明拉深變形程度愈大，相反，變形程度愈小。拉深件的總拉深系數(shù)等于各次拉深系數(shù)的乘積，即 11 dm D? 221dm d?1nnndm d??3112 1 2 3 11 2 2 1n n n nnnnd d d dddm m m m m mD D d d d d? ???? ? ??? ? ???西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 如果 m 取得過(guò)小，會(huì)使拉深件起皺、斷裂或嚴(yán)重變薄超差。 極限拉深系數(shù) ［ m］從工藝的角度來(lái)看，［ m］越小越有利于減少工序數(shù)。 為了提高工藝穩(wěn)定性和零件質(zhì)量，適宜采用稍 大于 極限拉深系數(shù)［ m］的值。 ＞［ m］時(shí)，拉深件可一次拉成，否則需要多次拉深。 [m]時(shí)，＝ 1 2 3 1nnm m m m m???? n 為拉深次數(shù)。 多次拉深的方式 （ 1）正拉深 正拉深就是當(dāng)前拉深與前次拉深材料流動(dòng)方向一致。相對(duì)厚度較大的零件可采用這種方是在拉深。 （ 2）反拉深 反拉深是區(qū)別于一般正向拉深的一種拉深方法，是從簡(jiǎn)形件毛坯的底部反向壓下，使毛坯內(nèi)表面變?yōu)橥獗砻?，它適用于薄料進(jìn)行第二次和以后各次的位深。由于它可以增大徑向拉力和避免起皺，所以不僅可用于圓筒形件拉深，還較廣泛用于半球形件、拋物線(xiàn)形件和談形件等特殊形狀制件的拉深。再者，它還可比正拉 深顯著地降低拉深的工序次數(shù)。從毛坯的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)來(lái)看，反拉深與正拉深無(wú)本質(zhì)差別，但反拉深時(shí)，毛坯側(cè)壁反復(fù)彎曲的次數(shù)少，材料硬化程度稍低，殘余應(yīng)力也較小。反泣深法不適于拉深直徑小而厚度大的制件。 （ 3）帶料連續(xù)拉深 帶料連續(xù)拉深指拉深 毛坯 與板料不完全分離出來(lái)，板料帶動(dòng)拉深 毛坯 在同一模具內(nèi)送進(jìn)，順次完成多次拉深，最后仍在模具內(nèi)將拉深件與板料分離的拉深方法。這種方法操作安全、簡(jiǎn)便，拉深件質(zhì)量，是用于小賤大批量生產(chǎn)。帶料連續(xù)拉深的關(guān)鍵是選擇合適的工藝切口形式。工藝切口的作用是使拉深 毛坯 與條料處于分離狀態(tài)，條料 對(duì)拉深毛 坯 的變形不影響，拉深變形也不會(huì)引起條料起皺等問(wèn)題，同時(shí)保證各拉深工序之間的送進(jìn)步距一致。 拉深成形的意義和發(fā)展趨勢(shì) 本課題主要研究半管拉深的建模和拉深模擬計(jì)算分析 的理論計(jì)算 。 涉及的內(nèi)容主要是在考慮拉深變 形實(shí)際中半管材料曲率變化規(guī)律和冷變形硬化規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行拉深工藝模擬分析的研究等。這些問(wèn)題中有的內(nèi)容前人已有了一定的研究但不夠深入，變曲率半管成型目前國(guó)內(nèi)研究較少 。因此，探討和研究這些內(nèi)容都是具有較大的理論價(jià)值和實(shí)踐意義，這些內(nèi)容的預(yù)期研究結(jié)果必將對(duì)拉深工m總m總西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 藝乃至沖壓工藝?yán)碚摰耐晟坪蛯?duì)沖壓 實(shí)踐水平的提高產(chǎn)生積極的影響。 板料沖壓成形是利用模具對(duì)金屬板料進(jìn)行壓力加工，以獲得設(shè)計(jì)所需求的形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件。它具有節(jié)省材料、效率高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械、電子儀器儀表及航空航天等制造業(yè)中重要的加工工藝之一。拉深是板料沖壓成形中最典型、應(yīng)用最廣的一種成形工藝，在生產(chǎn)實(shí)際中，有很多要用到拉深工藝方法制造的零件。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，冷沖壓技術(shù)也在不斷革新和發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾方面： （ 1） 工藝分析計(jì)算方法的現(xiàn)代化。 （ 2） 模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)現(xiàn)代化。 （ 3） 冷沖壓生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。 （ 4） 為了滿(mǎn)足 產(chǎn)品更新?lián)Q代快和生產(chǎn)批量少的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)展了一些新的成型工藝。 （ 5） 不斷提高板料性能，以提高其成形能力和使用效果。 （ 6） 沖壓加工以其節(jié)材、節(jié)能和高生產(chǎn)效率等特點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的加工工業(yè)得廣泛的應(yīng)用。 小結(jié) 本章詳細(xì)描述了 拉深成形的發(fā)展現(xiàn)狀 、 拉深成形的基本方法和技術(shù)種 類(lèi)、 拉深成形的意義和發(fā)展趨勢(shì) 。 拉深發(fā)展趨勢(shì)： 國(guó)內(nèi)外關(guān)于拉深的研究主要集中鎂 、鋁 合金板材拉深成形工藝分析與模具設(shè)計(jì) 、 板料等溫拉深 、 薄壁金屬?zèng)_壓拉深成型工藝 、 矩形件拉深成型工藝研究 等方面。 拉深成形的基本方法 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是： 拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下， 將平板坯料或空心工序件制成開(kāi)口空心零件的加工方法 。技術(shù)種類(lèi)包括：正拉深、反拉深、帶料連續(xù)拉深。其中這個(gè)帶料連續(xù)拉深 方法操作安全、簡(jiǎn)便，拉深件質(zhì)量，是用于小賤大批量生產(chǎn)，不但有效解決了條料起皺等問(wèn)題，同時(shí)保證各拉深工序之間的送進(jìn)步距一致。 拉深成形的意義和發(fā)展趨勢(shì) 最突出的是工藝分析計(jì)算的現(xiàn)代化， 不斷 提高 板料性能，以提高其成形能力和使用效果 。以高效，節(jié)能、高利用率、高生產(chǎn)效率為沖壓加工工藝的發(fā)展趨勢(shì)。了解這些內(nèi)容對(duì)我下一步做拉深模擬有非常積極的指導(dǎo)意義。 西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 第 二 章 板料成型理論及拉深過(guò)程分析 拉深簡(jiǎn)介 又稱(chēng)拉延，是利用拉深模在壓力機(jī)的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開(kāi)口空心零件的加工方法。它是沖壓基本工序之一?？梢约庸ばD(zhuǎn)體零件，還可加工盒形零件及其它形狀復(fù)雜的薄壁零件。 在日益全球化的市場(chǎng)氛圍中，為了是產(chǎn)品性能更加出眾、可靠，并盡可能降低制造成本 CAE 計(jì)算機(jī)輔助工程，已成為現(xiàn)代企業(yè)在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝的重要手段。 CAE 介紹 廣義的 CAE（ Computer Aided Engineering） 計(jì)算機(jī)輔助工程，包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面。狹義的 CAE 指的是 計(jì)算機(jī)虛擬仿真。從板料成型角度指的就是基于 FEM(Finite element method)有限元法的板料成型仿真。通常人們所說(shuō)的 CAE，主要指工程中的分析和仿真。在不同的領(lǐng)域內(nèi)， CAE 分析計(jì)算的核心體系都不同。例如，在固體連續(xù)介質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域，主要是指有限元技術(shù)，；而在流體分析領(lǐng)域，其核心常采用有限差分析。要進(jìn)行一次成功的計(jì)算，需要涉及到很多方面的知識(shí)和技能。因?yàn)槠渚哂刑厥庑裕缙诘?CAE 使用者大多是高校和研究機(jī)構(gòu)里面的研究人員，并且軟件的使用也非常專(zhuān)業(yè)化和復(fù)雜。隨著 CAE 軟件的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬，軟件也變得 更加易于使用，界面更加友好和智能化，朝著適應(yīng)用戶(hù)要求的防線(xiàn)發(fā)展。 板料成型 關(guān)鍵技術(shù) 概述 板料成型工藝簡(jiǎn)介 板料成型過(guò)程，通常是指利用金屬板料在常溫固態(tài)下的塑性，通過(guò)模具的外力作用制成所需零件的一種加工方法，板料成型是現(xiàn)代加工行業(yè)中一種重要的加西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 工方法，具有加加工成型，生產(chǎn)效率高和板料利用率高等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車(chē)、建筑、船舶、家電和儀表等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。 板料成型關(guān)鍵技術(shù) 板料成型技術(shù)數(shù)值模擬中的一些關(guān)鍵技術(shù)，隨著實(shí)際應(yīng)用的不斷驗(yàn)證，對(duì)部分關(guān)鍵技術(shù)有了一個(gè)比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。主要 包括以下幾個(gè)方面： (1)單元技術(shù) 在板料成型數(shù)值模擬應(yīng)用早期，用于沖壓成型有限元分析的單元有 3 類(lèi)：基于薄膜理論的薄膜單元、基于板殼理論的殼體但愿和基于連續(xù)介質(zhì)的實(shí)體單元。 (2)求解格式 沖壓成型時(shí)一個(gè)大變形的非線(xiàn)性力學(xué)過(guò)程，其數(shù)值分析以增量法為主。建立有限元格式有兩個(gè)途徑，即完全的 lagrangian 和更新的 lagrangian。實(shí)踐證明用兩種表達(dá)式建立的有限元格式是等效的。 求解格式有靜力和動(dòng)力兩大類(lèi)，其中有顯式和隱式之分。靜力隱式格式在每一增量步內(nèi)都要求進(jìn)行多次迭代，直到滿(mǎn)足收斂條件后，在進(jìn)行下一增量步，一旦某一步收斂條件不滿(mǎn)足，則導(dǎo)致收斂性錯(cuò)誤而是運(yùn)算停止，無(wú)法得到所需解答。此外，由于在每一增量步內(nèi)的每一次迭代中，都要構(gòu)建新的剛度矩陣，當(dāng)模型較大、單元數(shù)量較多時(shí)，靜力隱式計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)。 動(dòng)力顯式格式不必構(gòu)造和計(jì)算總體剛度矩陣，不必經(jīng)過(guò)迭代，不存在收斂性問(wèn)題，也不必因求解繁瑣的線(xiàn)性方程組而降低效率，所以能高效、穩(wěn)健的獲得一個(gè)解答。動(dòng)力顯示格式雖然是條件穩(wěn)定的，受最小時(shí)間步長(zhǎng)的限制，但卻利用最小時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)方便而有效的處理接觸問(wèn)題。 動(dòng)力顯示也存在缺點(diǎn)主要由以下兩點(diǎn)：第一，把作為準(zhǔn)靜態(tài)的沖壓成型問(wèn)題處理 成動(dòng)力過(guò)程，可能會(huì)引起精度偏差；第二，為了提高計(jì)算效率，往往采用提高凸模速度，這可能在某些情況下在造成不真實(shí)的解。但大量研究表明，在采取合適的凸模速度，用動(dòng)力顯式有限元分析沖壓成型問(wèn)題所獲得的結(jié)果是合理的。 (3) 本構(gòu)關(guān)系 在薄板沖壓成型過(guò)程中，板料是唯一的塑性變形體，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 影響仿真結(jié)果可靠性的最重要因素之一。對(duì)不同特性的金屬有不同的彈塑性模型可供選用，通過(guò)大量試驗(yàn)，為常用的彈塑性本構(gòu)關(guān)系確定了不同金屬的特性參數(shù)，如彈性模量、屈服極限和硬化模量等。建立彈塑性關(guān)系主要解決：在什么樣的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下 材料如何流動(dòng)，及建立屈服準(zhǔn)則和流動(dòng)準(zhǔn)則。由于 Hill(1948)二次屈服準(zhǔn)則可用在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，并可導(dǎo)出線(xiàn)性化的應(yīng)力應(yīng)變?cè)隽筷P(guān)系，因此幾乎所有的板料成型模擬程序均可使用該準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 （ 4）拉深成型過(guò)程示意 圖 拉深示意圖 拉深過(guò)程中毛坯的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 在實(shí)際生產(chǎn)中可發(fā)現(xiàn)拉深件各部分的厚度是不一致的。一般是：不變形區(qū)略為變薄，但基本上等于原毛坯的厚度；傳力區(qū)上段增厚，是已增厚的變形區(qū)轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的結(jié)果：壁部下段變??；在壁部向底部轉(zhuǎn)角稍上處，則出現(xiàn)嚴(yán)重變薄，甚至斷裂。實(shí)際拉深件