【導讀】導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致。含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。對本文的研究做出重要貢。獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的。法律后果由本人承擔。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部。涉密論文按學校規(guī)定處理。在市場上，用板金沖壓工藝制造的零件占全部金屬制品的90%以上。成形，爆炸成形，以及精密沖裁和高速沖壓等加工技術。此外，在航空及航天工。業(yè)中，沖壓件也占有很大的比例。之顯著，引人矚目。我國在板料成形數(shù)值模擬方面起步較晚，較發(fā)達國家晚。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在板料成形數(shù)值模擬方面已經(jīng)取得了很大進展，但主。北京航空航天大學對板料成形過程中的接觸摩擦和懸空區(qū)起皺進。提出在板料回彈模擬中采用修正的拉格朗日法較為合適。

　　

【正文】 鋼板和鍍鋁鋼板 [19]。 由于表面處理鋼板的鍍層厚度很小，所以它對沖壓性能的影響不大。表面處理鋼板的沖壓性能與表面處理前大致相同。但是，由鍍層表面摩擦性能不同引起的對沖壓成形過程的影響，有時是不可忽視的，尤其是在采用拉深筋等靠摩擦阻力控制沖壓件的成形時，表面摩擦條件就可能對沖壓成形的成敗起決定的作用。加藤俊之的研究結果表明：當表面處理鋼板的摩擦系數(shù)增大時，試驗用的某個汽車覆蓋件的可成形范圍有一定程度的縮小，也就是說對成形條件與參數(shù)的要求趨于嚴格 [20]。 復合鋼板 復合金屬板是利用軋制復合或其他復合方法（如爆炸復合法等），把兩種金屬板復合成牢固接合在一起的雙層或三層板材。通常都是在厚度較大（相對敷層板）的基板表面復合以厚度較薄的敷層板。復合板兼有它組成的組分板材金屬的兩種性質（力學性能與物理性能），可以認為它是一種功能性材料。為了適應不同的用途與要求，在沖壓加工中應用多種復合板材，常用的有：鋼 銅復合板、鋼 鋁復合板、鋼 不銹鋼復合板、不銹鋼 鋁復合板等。另外，也有在鋼板或鋁的兩表面上各被復一層不銹鋼板的三層復合鋼板。在鋁板的雙側表面各復合一層不 銹鋼后，使復合板在外觀上十分美觀，而且具有良好的耐腐蝕與耐劃傷的能力，同時又克服了不銹鋼傳熱效率差的缺點，從而使這種復合板可以大量地應用于炊具，提高了人民的生活質量 [21]。 第 39 頁 減振鋼板是一種具有使機械振動衰減的功能性復合板材。這種復合板材是在兩層鋼板中間復合一層可起衰減振動作用的樹脂，所以這種復合鋼板兼有鋼板的強度與樹脂減振作用的雙重性能。這種鋼板已經(jīng)成功地應用于與汽車發(fā)動機（振動源）相鄰近的零件，如油底殼、發(fā)動機蓋等，以阻止發(fā)動機的振動外傳至汽車其他構件，降低汽車的噪聲與振動，提高其舒適的程度。這種復合板 在建筑方面也有應用，例如用它做屋頂材料或用作體育館地板支撐材料時，可消除雨滴和運動員跑、跳造成的噪聲 [22]。 不銹鋼板 不銹鋼有多種類型，用于多種用途，但在沖壓成形中應用的不銹鋼有鐵素體不銹鋼（鉻系不銹鋼）與奧氏體不銹鋼（ 鉻 鎳系不銹鋼）。由于這兩種不銹鋼的成分與組織不同，它們的沖壓性能也不一樣。因此，雖然這兩種不銹鋼板都叫做不銹鋼，但由于它們在沖壓性能上有很大的差別，在生產(chǎn)中處理它們的沖壓成形問題時，必須區(qū)別對待 [23]。 鐵素體不銹鋼板的沖壓性能接近于冷軋鋼板。因此，可以認為鐵素體不銹鋼板具有良好的拉深性能。但是，鐵素體不銹鋼板的硬化指數(shù)約為 左右，伸長率約為 左右，均小于奧氏體不銹鋼板，所以它的伸長類沖壓成形性能較差，它的脹形性能（埃利克辛值等）都低于奧氏體不銹鋼板 [24]。 奧氏體不銹鋼板的拉深性能稍差，但它的硬化指數(shù) n 值遠大于鐵素體不銹鋼板，它的埃利克辛值也大，所以它具有良好的伸長類成形的沖壓性能，如脹形等。在塑性變形過程中奧氏體不銹鋼中的奧氏體相會轉變成強度很高的馬氏體組織，起相變強化作用。因此，奧氏體相變的穩(wěn)定程度對奧氏體不銹鋼的硬化指數(shù) n 值有很大的影響。奧氏體相變 的穩(wěn)定度用參數(shù) Md30 來衡量。 Md30 值是當奧氏體不銹鋼在單向拉伸中的伸長變形為 時，即有 50%的奧氏體轉變?yōu)轳R氏體組織的溫度。 Md30 值越小，奧氏體的穩(wěn)定性越高，塑性變形引起的馬氏體相變越少，材料的硬化性能越低， n 值也越小。一般認為 Md30 介于 020176。C 時，奧氏體不銹鋼板具有良好的較為均衡的沖壓性能，適用于各種沖壓成形 [25]。 為了適應各種產(chǎn)品的要求，也為了得到不同的沖壓性能，在沖壓生產(chǎn)中應用的不銹鋼的種類與牌號很多，即使是同一類不銹鋼，在化學成分上做些調整或添加某些化學元素（如銅、鎳、鈦等）都可 能使其性能有相當大的變化。表 是鐵素體不銹鋼板和奧氏體不銹鋼板的沖壓性能的大致對照 [26]。 表 常用鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼板沖壓性能的對照 第 40 頁 項目 Md30 /176。C b? /MPa ? /MPa δ (%) N 值 r 值 埃利克 辛值 /mm LDR 鐵素體不銹鋼 430~590 300~390 25~33 ~ ~ ~10 ~ 奧氏體不銹鋼 46~45 540~700 240~300 48~65 ~ ~ 12~13 ~ 4 沖壓件結構優(yōu)化設計方案及應用實例 沖壓件的結構工藝性分析不僅要從可行性的角度，而且要從經(jīng)濟的角度來考慮，因為沖壓件通常都是大批量生產(chǎn)，其經(jīng)濟性更為重要。 因此，欲降低零件的成本， 從經(jīng)濟學的角度看，減少材料 消耗是最為重要的；其次，還應考慮減少工序， 尤其是較費時的工序，減少或簡化模具 [10]。 沖壓件的工藝性分析，主要是分析沖壓件的結構設計是否合理或便于加工，并從幾種可行的加工方案 中選出最經(jīng)濟、最合理的方案和過程。有不少沖壓件，在保證性能、裝配等要求的前提下，往往只需改動一兩個尺寸，或局部。稍微變動一下，其工藝性、經(jīng)濟性便大為改善。不僅對提高沖壓件的質量有益，而且還能提高材料利用率，減少工序數(shù)，簡化模具的設計制造，縮短設計制造周期，降低零件成本，從而提高經(jīng)濟效益。本文通過簡單實例的分析，著重說明沖壓件的結構工藝性對其經(jīng)濟性的影響 [10]。 彎曲件沖孔 優(yōu)化 對孔位精度較高的彎曲件 (見圖 )，工藝上一般不采用彎曲前一次將孔全部沖出的 第 41 頁 方法。因為，沖件在彎曲過程中，由于料厚誤 差、模具問隙等因素的影響，會造成沖件彎曲回彈不一致，從而使孔位精度達不到圖樣要求。為保證孔位精度。工藝上常采用先沖 φ ，彎曲后以 φ ： fL定位，再沖 2個 φ 。但此方法相對于一次將孔全部沖出的工藝方法多了 1道沖孔工序，同時還增添了 1副模具，因而，使得沖件成本增加。采用液壓機彎曲成形的方法．雖然可以較好地控制回彈，無需將沖件孔分兩次沖出。但與沖床相比，其效率較低，僅為沖床的 5％ ~10％ ，工時費用增大。顯然。這兩種方法的經(jīng)濟性都不是很好。對沖件的進一步分析發(fā)現(xiàn)?？孜?設計精 度之所以要求較高，是為了保證裝配要求。從工藝的角度來考慮， 若將 2個 φ 2個 (如圖 )，在對沖件裝配毫無影響的前提下，降低了孔位精度要求。工藝性更好。完全可以采用一次將孔全部沖出以后再彎曲的工藝方法。同時，其經(jīng)濟性也大為改善，相對于孔位精度較高的工藝方法，制造成本可降低 20％ 左右 [16]。 對稱件的成形切斷 優(yōu)化 圖 ，從確保沖件質量及提高工效兩方面考慮，工藝上采取了對稱彎曲成形然后切斷的方法，切斷工序見圖 。但從工藝角度分析，該零 件的結構設計及經(jīng)濟性并不理想。如果將該零件的設計略加改動，即將大孔左邊直角部分切除 (以不影響零件的強度、安裝為前提 )，如圖 ，則可減少切斷時的工藝廢料，降低原材料的消耗，切斷 工 序如圖 。這樣 改動后，不僅從原材料方面降低了零件成本，而且零件在沖壓過程中的工序尺寸相應減小，因此模具尺寸價格也相應降低，進而降低了零件成本 [30]。 圖 零件簡圖 圖 改進后的零件 圖 第 42 頁 圖 零件簡圖 圖 切斷工序圖 圖 改進后的零件 圖 圖 改進后的切斷工序圖 不等邊盒形件的成形 優(yōu)化 圖 ，料厚 3mm，長、短邊高度比為 4:1。由于該件短邊高只有 10mm (實際上短邊的直邊高只有 lmm)，而長邊高為 40mm，因此，在成形過程中，零件不可避免地會產(chǎn)生滑移，無法成形。為了解決這一問題．工藝上不得不采取在短邊加工藝搭邊的方法 (展開坯料見圖 )。此時由于短邊高很小，給切工藝搭邊的模具設計、制造帶來很大難度，因此，工藝上只好采取成形后再銑去工藝搭邊的方法。這樣一來不僅材料消耗大為增加。而且加工工時也大幅度增長 (銑削 工時占了零件全部工時的 65％ )，嚴重影響了生產(chǎn)效率，再加上工序運轉、堆放場地、廢料處理等問題，迫切需要改進。為此，從工藝角度對該零件進行了仔細分析。根據(jù)盒形件的成形機理。通過對不 等邊盒形件成形過程的分析，在不影響零件的性能及裝配技術要求的前 下．對零件進行了設計改進，即將四周原來均為 R6mm的過渡圓弧，在短邊處改為 R3mm，這樣可以改變零件在成形過程中的受力及變形狀態(tài)。同時，對凸、凹模的圓角進行適當修改。以避免零件滑移。在不采用工藝搭邊的情況下，進行了試驗，結果零件 100％ 合格 [12]。 第 43 頁 圖 零件簡圖 圖 零件 展 開圖 改進后，不僅材料利用率大為提高，而且減少了 1道工序，整個零件的加工工時僅為原來的 1/3，同時還節(jié)省了大量銑刀，降低了能源和油料消耗。 5 照相機前蓋板 工藝方案優(yōu)化 及 其 模具 設計 照相機前蓋板是照相機的重要組成部分，不僅要具有設計所規(guī)定的使用功能，而 且在很大程度上要體現(xiàn)整個相機的藝術性、個性風格，所以在質量要求 (如尺寸精度要求、形狀精度要求、剛度要求等 )、沖壓成形工藝、沖壓模具以及材料等方面都有其與一般沖壓零件不同的特點 [10]。 板材成形過程一般要經(jīng)過復雜的變形，影響其成形的因素很多，如 :模具的形狀、材料性能、毛坯形狀和尺寸、邊界條件、模具和板材之間的摩擦和潤滑、凸凹模間隙等。 照相機前蓋板零件沖壓工藝性分析 照相機前蓋板零件形狀 照相機前蓋板是不規(guī)則形狀的盒形件，本課題所研究的零件形狀及與其它零件的裝配關系如圖 所示。 第 44 頁 （ a） （ b） 圖 照相機前蓋板三維模型圖 第 45 頁 照像機前蓋板所用材料 照相機前蓋板所用材料為鋁合金 1050。鋁合金 1050的化學成分及機械性能如表 5. 1及表 [35]。 表 鋁合金 1050的化學成分 元素 Cu Fe Si Fe+Si 其它雜質 含量 （ %） 表 鋁合金 1050的機械性能 材料 材料狀態(tài) 機械性能 1050 H14 抗拉強度 b? /MPa （ kgf/mm2 ） 屈服點 ? /MPa （ kgf/ mm2 ） 伸長率 ? /% 抗剪強度 /MPa 110 103 10 62 工藝難點及特征 照相機前蓋板為外觀件，要求零件表面平整光滑，無翹曲、皺折、裂紋等缺陷，周口部高度差不可過大，以保證與后蓋及機身的嚴密配合。零件的曲面較為復雜，尺寸精度很高，由于零件底部有一近似圓盤的凸起，角部有一開口，外形很不規(guī)則，再加上為了美觀，要求棱線具有很小的過渡圓角，最小 R值為料厚的為 1/4，這些就造成了，成形時存在著較為嚴重的受力、變形不均勻，是否能拉深成 形是比較關鍵的問題。同時零件在整個表面有很多孔形分布，這些孔形有較高的尺寸和位置精度，保證零件表面孔形的成形要求也是需要重點考慮的問題。對于修邊，怎樣安排才能保證周口尺寸高度差的要求，并使工藝既保證修邊的精度， 保證零件表面孔形的成形要求也是需要重點考慮的問題。對于修邊，怎樣安排才能保證周口尺寸高度差的要求，并使工藝既保證修邊的精度，又使模具結構設計、制造簡單，使用、操作方便也至關重要，上述均是該零件的工藝難 第 46 頁 點。該零件材料為鋁合金 1050， 厚度為 ，屬大批量生產(chǎn)。圖 ，主要尺寸如圖 所示 [33]。 圖 照相機前蓋板零件圖 根據(jù)零件的技術要求，進行沖壓工藝性分析，認為該零件大體上是一無凸緣淺盒形件，拉深工藝性較好 。鏡頭孔尺寸 ?? 有較高精度，同時 LCD取景器窗口與鏡頭同軸，需以鏡頭孔定位，故需采用高級沖模 (即工作部分采用 IT7級以上制造精度 )進行沖裁 。前蓋板周口高度尺寸 ? ，這可在零件成形后通過修邊工序來將其成形，采用較高的模具制造精度較小的模具間隙同時在各個方同上沖切來完成，可以保證該精度。側 壁上的螺釘孔及配合凹點及支架固定凸臺均有位置精度要求，上下偏差分別為 + －，在沖孔時盡可能一次沖出，同時要考慮定位的準確性，這樣才能保證位