【導讀】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，是機械、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。方法制造的零件?，F(xiàn)今的研究中，關(guān)于拉深工藝方面的研究也比較多，與拉深有。因此，有必要對拉深工藝進行更多、更全面和更深入的研究。論文的主要工作和取得的成果有如下幾個方面：。拉深力的大小等。拉深力的實例為其更科學的理論研究提供了分析依據(jù)和驗證。擦因子、毛坯材料、毛坯的尺寸，有無壓邊圈、拉深高度及拉深件的形狀。響的是拉深過程中產(chǎn)生的力。在減小凹模半徑時，凹模的圓角半徑過小，在拉深。模圓角對板料厚向壓力加大，引起摩擦增加導致拉深力的增大；摩擦因子的增大，同時在拉深的過程中，進行了等效應(yīng)力、應(yīng)變分析，在不同的拉深時刻，應(yīng)

　　

【正文】 件、凹模半徑、液體壓力等因素。 R .L . Whiteley 首次提出材料的各向異性在對稱拉深中對 LDR(limiting drawing ratio)有著重要影響。 r 增大時， LDR 幾乎也成線性的增大， r 越大，拉深成形效果越好。而 n 對 LDR 幾乎沒有影響。 M. Lit 采用單軸受力法預測 r 和n 對拉深效果的影響。 通過理論分析的方法來研究 r 、 n、摩擦系數(shù)、凹凸模圓角半徑對圓筒拉深的影響。 M. Ruminskil 通過有限元模擬和試驗的方法分析不同形狀模具的應(yīng)力分布。安徽工程大學機電學院 7 使用 10 種不同尺寸的模具模擬圓筒形拉深的過程，并且使用不同的凹凸模圓角半徑。 C. C. Tai 和 H. YouMin 分析了模具間隙對圓簡形拉深的影響，他們通過建立更精確的方程來預測 LDR。 ShirizlyA 指出了模具半徑在拉深中的重要作用。 I. Dejmal 提出了一種優(yōu)化模具半徑以提高 LDR 的方法。 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 8 第二章 有限元技術(shù)在拉深 成形 的應(yīng)用 1 DEFORM_3D 軟 件的介紹 1979 年，美國 Battelle Colmbus 實驗室在美國空軍基金的自主下開發(fā)了有限元計算成型 Alpd （ Analysis of Lamge Plastic Incremental Deformation）。該程序為 剛塑性及剛粘塑性有限元法通用程序，采用高階單元，模具及邊界條件的人工秒速，自動產(chǎn)生初始速度場，并附有繪圖程序 FEGRA 來自動顯示中間變形過程的圖形，并能處理常應(yīng)力摩擦和 Coubmb 摩擦。但其只能分析平面問題和軸對稱問題，并且沒有考慮非等溫成形的熱傳導問題和加工設(shè)備形式，也沒有網(wǎng)格重劃分功能。隨后幾年中 ALPD 的開發(fā)人員針對用戶提出的種種要求，逐漸將程序完善，并采用 Motif 界面設(shè)計工具，將計算程序發(fā)展為商品化分析軟件DEFORM(Design Environment For Forming)，由美國 SETC 公司推廣應(yīng)用。DEFORM2D,2020 年發(fā)布 版， 1988 年推出了三維系統(tǒng) DEFORM3D， 2020年發(fā)布 版，目前已經(jīng) 推出 第 五版 。 DEFORM 概況 DEFORM 是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成型工藝和熱處理工藝。通過在計算機上模擬整個加工過程，幫助工程師和設(shè)計人員： 設(shè)計工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場試驗成本； 提高工模具設(shè)計效率，降低生產(chǎn)和材料成本； 縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。 DEFORM 不同于一般的有限元程序，它是專為金屬成形而設(shè)計的。它具有非常友好的圖形用戶界面，可幫助用戶很方便地 進行 準備數(shù)據(jù)和 成分分析。這樣，工程師便可把精力主要集中在工藝分析上，而不是去學習繁瑣的計算機系統(tǒng)。DEFORM 專為大變形問題設(shè)計了一個全自動的、優(yōu)化的網(wǎng)格再劃分系統(tǒng)。 DEFORM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) DEFORM 是一個高度模塊化、集成化的有限元模擬系統(tǒng)，它主要包括前處理器、模擬器、后處理器三大模塊。前處理器處理模具和坯料的材料信息及 幾何信息的輸入、成形條件的輸入，建立邊界條件，它還包括有限元網(wǎng)格自動生成 器；模擬器是集彈性、彈塑性、剛塑性、熱傳導與一體的有限元求解器；后處理器是將模擬結(jié)果可視化，支持 OPGL 圖形 模式，并輸出用戶所需的模擬數(shù)據(jù)。 DEFORM 允許用戶對其數(shù)據(jù)庫進行操作，對系統(tǒng)設(shè)置進行修改，以后定義自己的材料模型等。 DEFORM 的功能 （ 1） 成形分析 :1,冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導耦合分析，提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息 。2f 豐富的材料數(shù)據(jù)庫，包括各種鋼、鋁合金、鈦合金等，用戶還可自行輸入材料數(shù)據(jù)；3 剛性、彈性和熱粘塑性材料模型，特別適用于大 變形成形分析 ，彈塑性材料模型 適用分析殘余應(yīng)力和回彈問題 ，燒結(jié)體材料模型適用于分析粉末冶金成形； 4完整的成形設(shè)備模型可以分析液壓成形，錘上成形、螺旋壓力成形和機械壓力成形； 5 溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、損傷及其他場變量等直線的繪制使后處理簡單明了。 （ 2） 熱處理： 模擬正火、退火、淬火、滲碳等工藝過程； 預測硬度、晶粒組織成分、扭曲和含碳量； 可以輸入頂端淬火數(shù)據(jù)來預測最終產(chǎn)品的硬安徽工程大學機電學院 9 度分布； 可以分析各種材料晶相，每種晶相都有自己的彈性、塑性、熱和硬度屬性。混合材料的特性取決于熱處理模擬中每步各種金屬的百分比。 DEFORM 用來分析變形、傳熱、熱處理、相變和擴散之間復雜的相互作用，各種現(xiàn)象之間相互耦合。擁有相應(yīng)的模塊之后，這些耦合將包括：由于塑性變形引起 的升溫、加熱軟化、相變控制溫度、相變內(nèi)能、相變塑性、相變應(yīng)變、應(yīng)力對相變的影響以及含碳量對各種材料屬性產(chǎn)生的影響。 2 有限元仿真技術(shù)分析方法 1 有限元分析方法 如何以較低的成本和較短的周期開發(fā)出質(zhì)量較好的新產(chǎn)品二十一是世紀制造也能否贏得激烈競爭的關(guān)鍵所在。金屬塑性成形有限元仿真技術(shù)正是在這樣的世界科技與經(jīng)濟發(fā)展形勢下出現(xiàn)的多學科交叉技術(shù)，它是經(jīng)書塑性 成形工藝學、塑性力學和計算機圖學的有機結(jié)合。所謂有限元仿真技術(shù)就是：在計算機上對金屬塑性成形過成進行實時跟蹤描述，并通過 計算機圖形系統(tǒng)演示整個成形過程 ，從而揭示金屬的流動規(guī)律、各種因素對金屬變形的影響以及成形過程中變形和模具的各種力學場的分布。 金屬塑性成形有限元法大致可以分為固體型塑性有限元方法和流動性塑性有限元方法兩類，下面分別詳述。 固體型塑性有限元方法（ Solid Formulation）包括小變形和大變形彈塑性有限元法。它同時考慮彈性變形和塑性變形，彈性區(qū)采用 Hook 定律，塑性區(qū)采用PrandtlReuss 方程和 Mises 屈服準則。小變形彈塑性有限元法以小變形理論為基礎(chǔ)，忽略微元的局部變形，并認為唯一與應(yīng)變呈線性關(guān)系，只適合分析金屬塑性成形的初期。大變形彈塑性有限元法以有限變形理論 為基礎(chǔ)，考慮到了大變形過程中由于大位移與大轉(zhuǎn)動對單元形狀及有限元計算的影響。采用彈塑性有限元法分析金屬塑性成形過程，不僅能按照變形路徑得到塑性區(qū)的變化，變形體的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律和大小及幾何形狀的變化，而且還能有效的處理卸載問題，計算殘余應(yīng)力與殘余應(yīng)變，從而可以進行回彈計算及缺陷預測分析。但是，彈塑性有限元法由于考慮變形 歷史的相關(guān)性，需采用增量加載，在每一增量加載步驟中，都需作彈性計算來判斷原來處于彈性區(qū)的單元是否 已進入了屈服，對進入屈服后的單元就要采用彈塑性本夠方程，從而改變了單剛度矩陣。為了保證精度和解的收斂性，每次加載不能使很多單元同時屈服，這就使得每次計算時的變形增量不能太大，所以對大變形問題計算時間較長，效率較低。 流動型塑性有限元方法（ Flow Flormulation）包括剛性有限元法和剛粘塑性有限元法。這類有限元法不計彈性變形，采用 LevyMises 方程作為本夠方程，滿足體積不變條件，并采用率方程描述，變 形后物體的形狀通過在離散空間上對速度積分而獲得，從而避開了有限變形中的幾何非線性問題 。同時，可運用比彈性有限元法大的增量步長來達到減少計算時間、提高計算效率的目的，并能保證足夠的工程精度。但是，由于忽略了彈性變形，這類有限元法不能處理卸載問題和計算殘余應(yīng)力、參與應(yīng)變以及回彈。 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 10 2 金屬體積成形的有限元特征 體積成形是金屬塑性成形中應(yīng)用非常廣泛的一種加工工藝，如鐓粗、鍛造、擠壓、拉拔、旋壓、擺碾等均屬于金屬體積成形范疇。體積成型時，工件在模具的作用下產(chǎn)生塑性變形，通過金屬材料體積大量轉(zhuǎn)移獲得零件毛坯或 各種型材。體積成形的重要特征是金屬材料產(chǎn)生較大的塑性變形，工件發(fā)生永久性塑性變形的 變形量遠遠大于彈性變形量，即彈性變形量可或略不計，因此，剛塑性有限元方法已成為分析金屬體積成形的主要數(shù)值方法。 體積成形時，金屬材料體積發(fā)生大量轉(zhuǎn)移，變形極其不均勻，由塑性變形功轉(zhuǎn)化的熱能在工件內(nèi)部的分布也極其不均勻。當金屬變形速率較低時產(chǎn)生的熱量有充分的時間耗散，溫度升高不明顯；當變形速率較高時，或者金屬的熱傳導率較低時，沒有充分的時間將熱量耗散，就會成形工件內(nèi)部存在較大的溫度梯度。尤其是在熱成型時，進行熱變形的同時伴隨著熱 量的產(chǎn)生和傳導，溫度場和塑性變形場之間相互影響，相互作用 ，就構(gòu)成了熱成型件的熱力耦合成形過程。剛塑性是剛粘塑性的簡化形式，采用剛粘塑性有限元法對金屬成形過程進行熱力耦合分析，才能盡可能理論分析與生產(chǎn)實踐相吻合，才能更好的起到指導生產(chǎn)實踐的作用。 3 剛粘性有限元法 1 剛粘性有限元的發(fā)展 金屬塑性成形領(lǐng)域中的有限元法大致可分為兩類：固體列式（包括彈塑性有限元和彈 粘塑性有限元）和流動列式（包括剛塑性有限元和剛 粘塑性有限元）。其中流動列式采用 LevyRaphson 迭代法求解。多年以來，應(yīng)用剛塑 性有限元解決了許多金屬塑性成形問題，而且主要是熱體積成形問題。但是金屬在高溫下或某些應(yīng)變速率敏感性材料表現(xiàn)出的材料特性 ，對材料的變形規(guī)律起著重要的作用。為此， Zienkiewicz 于 1974 年提出剛粘塑性有限元法，并采用剛粘塑性有限元法分析了金屬塑性成形過程。由于剛念屬性有限元方法能模擬任何復雜的體積成形過程，因此作為分析體積成形過程的強有力的分析工具而獲得廣泛應(yīng)用。近年來，基于剛塑性、剛粘塑性和熱剛粘塑性有限元法的數(shù)值模擬技術(shù)已被成功地用于分析各種金屬塑性成形問題，該技術(shù)適用于不同類型的邊界條件，對工件的幾何形狀幾乎沒有限制，可以獲得變形體在成形過程的計算機軟件的開發(fā)成功。大大地方便和推動了有限元模擬技術(shù)在金屬塑性成形領(lǐng)域中的應(yīng)用，其中美國的DEFORM 軟件影響最大。 2 剛粘塑性有限元法應(yīng)用 在有限元法應(yīng)用于金屬塑性成性樹脂模擬過程中，根據(jù)模擬對象的變形特點，建立合理的理論模型，選擇適宜的求解方法時模擬過程成功與否及模擬結(jié)果是否可信的關(guān)鍵所在。體積成型時金屬塑性成形中一大類應(yīng)用廣泛的工藝方法，如鍛造、擠壓、軋制。體積成形時，工件在模具的作用下產(chǎn)生塑性變形，通過金安徽工程大學機電學院 11 屬材料體積的大量轉(zhuǎn)移獲得零件毛坯或各 種型材。體積成形的重要特征是金屬材料的塑性變形量大，而且由于溫度場的影響，材料的彈性參數(shù)難以確定，同時回彈的影響不大，因此，剛塑性有限元方法已成為分析金屬體積成形的注意啊數(shù)值方法。在 高溫變形過程中，材料的流變應(yīng)力更多的依賴應(yīng)變速率和變形溫度對金屬塑性流動的影響，可采用由剛塑性有限元方法擴展而得到的剛粘塑性有限元法。研究表明，剛粘塑性有限元方法用于研究金屬熱成形全過程的熱力耦合分析具更大的適應(yīng)性。 在熱變形過程中，變形金屬要經(jīng)受溫度和應(yīng)力的雙重影響，其中內(nèi)部組織的變化十分復雜，是一種非穩(wěn)態(tài)的不可逆過程。近年來 ，隨著計算機科學技術(shù)在熱變形數(shù)值模擬中廣泛應(yīng)用，借助于數(shù)值模擬技術(shù)已不僅可以對熱變形過程驚醒數(shù)值模擬，而且可以預測熱變形過程中可能出現(xiàn)的生產(chǎn)和工藝問題。 在各種數(shù)值模擬技術(shù)中，有限元法是罪十余熱變形過程分析的數(shù)值模擬方法，它不僅能很好的處理熱變形過程中的傳熱問題，而且能很好的描述變形區(qū)域的不一致性及其組織變化的不等時性和多樣性，這就增加了熱變形過程數(shù)值模擬的難度。 當技術(shù)以較低的變形速率變形時，產(chǎn)生的熱量有充分的時間耗散，溫度升高不明顯；當金屬以較高的變形速率變形時，或者當金屬的熱傳導率較低時，溫度升高顯著。 忽視溫度變化將導致計算材料的流變應(yīng)力時較大的誤差。另外，在金屬成形過程中，由于變形不均勻，由塑性變形功轉(zhuǎn)化的熱能在工件內(nèi)部的分布也不均勻，因而成形工件內(nèi)部存在較大的溫度梯度。 金屬成形過程中溫度場與塑性變形場之間的相互作用，就構(gòu)成了熱成型件的熱力耦合過程，對二者的數(shù)值分析要耦合進行，即熱力耦合計算。采用剛粘塑性有限元法對金屬成形過程進行熱力耦合分析，可以給出足夠的變形場量和溫度場量的信息，進而可以利用這些信息，對實際生產(chǎn)有一定的指導作用。 3 剛粘塑性有限元基本方程 用剛粘塑性有限元法分析金屬塑性成 形問題時，材料滿足一下假設(shè)： （ 1） 忽略材料的彈性變形； （ 2） 不計體積力和慣性力； （ 3） 材料均質(zhì)，且各向同性； （ 4） 材料變形過程中體積不變； （ 5） 材料服從 Mises 屈服準則，且等向強化； （ 6） 材料同時存在應(yīng)變強化和應(yīng)變速率強化。 剛粘塑性材料的蘇醒成形過程滿足下列基本方程： （ 1） 平衡微分方程 （ 2） 幾何方程（速率 應(yīng)變速率關(guān)系方程） （ 3） LevyMises 本夠關(guān)系方程（應(yīng)力 應(yīng)變速率關(guān)系方程） 對于金屬成形問題，剛粘塑性材料的應(yīng)力 應(yīng)變速率關(guān)系可以表示如下： （ 4） 體積不可壓縮條件 （ 5） 邊界條件（控制方程應(yīng)在給定的力學邊界和速度邊界條件下求解）。 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 12 4 剛粘塑性有限元模擬的關(guān)鍵技術(shù) 毛坯件在拉深時，影響其拉深因素有很多，其中包括溫度、毛坯材料、摩擦因數(shù)、 拉深 力、刃口圓角，拉深間隙等為主要的因素。毛坯成形時，由于存在著變形 和毛坯與凹模刃口摩擦均能產(chǎn)生熱量，這些都引起變形體內(nèi)溫度的急劇變化。所以，溫度、變形速度與金屬屈服流動應(yīng)力有密切的關(guān)系，故溫度、應(yīng)變和應(yīng)變速率對整個變形過程將產(chǎn)生很大的影響。在金屬塑性成形過程中，當溫度和應(yīng)變速率對材料屈服流動應(yīng)力產(chǎn)生明顯的影響時；或高溫下的塑性變形，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系必須采用粘塑性本夠模型。 1 求解算法 為確保數(shù)值 模擬計算順利進行，并得到正確的結(jié)果，第一步則是算法的收斂及穩(wěn)定性是必須保證的，目前來說，非線性有限元計算從根本上說有兩大類算法，即所謂的顯示法和隱式法。一般來說，靜力和準靜力問題多采用隱式算法。因為已證明在適當?shù)膮?shù)選擇下，它是無條件穩(wěn)定。而對于動態(tài)接觸問題，由于接觸力與邊界條件的不斷變動，若再采用隱式法求解，收斂性就難以保證。 2 迭代算法 迭代算法選取的好壞直接影響到計算的精度和速度。如果采用軟件DEFORM 中，就有 NewtonRaphson 法、直接迭代（ Direct Iteration）法和 BFGS（ QuasiNewton）法等三種迭代算法可以選擇。其中 NewtonRaphson 法相比其他兩種迭代算法，因其迭代次數(shù)可以更少，因而可適合于大多數(shù)有限元問題的求解，但是該方法的收斂性不如其它兩種算法。直接迭代法則是在求解剛塑性有限元的情況下，在其線性迭代階段期間，向真實速度解的收斂速度比較快，因而開始時容易收斂，但是當?shù)岛芙咏鎸嵥俣冉鈺r，收斂就會變得很慢從而迭代次數(shù)相對較多。 BUFS 法 NewtonRaphson 法共容易收斂，常應(yīng)用于彈塑性問題的求解，但是其精度差一些，一般情況下不采用這種 迭代算法。具體采用方法是： 1） 通常情況下直接使用 NewtonRaphson 法； 2） 當 NewtonRaphson 法不能收斂時，改用直接迭代法求解。 3 網(wǎng)格劃分及重劃分 有限元網(wǎng)格劃分是有限元模擬前處理中的一部分重要工作，網(wǎng)格劃的質(zhì)量和優(yōu)劣對整個有限元計算過程及結(jié)果產(chǎn)生相當大的影響，不同的網(wǎng)格劃分有著不同的計算時間復雜度和計算精度。設(shè)計中采用的有限元軟件 DEFORM3D 中提供了四面體網(wǎng)格，但是相對于六面體網(wǎng)格，其精度和模擬結(jié)果的視覺效果上都很遜色，但對于本設(shè)計中的毛坯拉深后為簡單筒形件，所以設(shè)計中采 用四面網(wǎng)格劃分來進行研究。 在一般金屬塑性成形問題中，塑性變形區(qū)有些部位的有效應(yīng)變值達到或超過2，尤其是在模擬金屬體積成形時，毛坯經(jīng)過一系列的中間變形后，其形狀簡單安徽工程大學機電學院 13 的坯料會轉(zhuǎn)變成形狀復雜的拉深件。在這中間，坯料的變形通常是很大的，因此，在用有限元模擬塑性成形過程中，網(wǎng)格重劃分將是不可避免的，不然受到畸變的網(wǎng)格不僅難以真實發(fā)您塑性變形區(qū)的真實情況，同時會使雅克比矩陣 J 為負，導致計算不能順進行。網(wǎng)格再劃分一般可以分為兩個步驟：先進行網(wǎng)格的重新劃分；之后將原來網(wǎng)格系統(tǒng)計算出的信息全部轉(zhuǎn)換到新劃分的網(wǎng)格系統(tǒng)上來。在 這轉(zhuǎn)換信息過程時，應(yīng)先將就網(wǎng)格系統(tǒng)中的有效應(yīng)變場等變量插值到結(jié)點上，然后再將這些信息插值到新劃分的網(wǎng)格系統(tǒng)上。 4 接觸摩擦處理 接觸問題的處理一直是有限元數(shù)值模擬金屬塑性成形過程的一個主要難點。它其實包括多個方面，如最重要的便是摩擦問題以及邊界接觸判定問題。摩擦問題一直是金屬加工工作者研究的一個中心問題之一。摩擦條件的好壞直接于產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備功能、生產(chǎn)效率、工具磨損密切相關(guān)。但實際上，壓力加工中的摩擦狀態(tài)受很多因素的影響，尤其是在潤滑的條件下，摩擦狀態(tài)更趨于復雜化。 在 DEFORM3D 中存在兩種 摩擦模型： （ 1） 庫倫摩擦模型 fs=μP 式中： P平 面接觸正應(yīng)力， μ摩擦因數(shù)， fs摩擦力。 （ 2） 剪切摩擦模型 fs=mK 式中： K剪切屈服應(yīng)力， m摩擦因子， fs摩擦力。 一般對于彈性接觸問題來說，通常采用庫倫摩擦理論。但當正應(yīng)力較大時，摩擦力可能會大于剪切屈服極限，導致較大的誤差。對于粘塑性問題，采用這種模型將會導致不對稱剛度矩陣，因此一般不被采用，但由于為簡單的拉深件，而且沒有牽涉到材料的分離，所以庫倫摩擦理論對于本次的設(shè)計可行。 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 14 第 三章 拉深 件數(shù)值模擬中工藝參數(shù) 1 引言 長期以來，對于設(shè)計人員來說，設(shè)計或開發(fā)一個工藝方案基本是以生產(chǎn)經(jīng)驗為主要依據(jù)。 ，以 Swift 教授為首的廣大研究人員就對圓筒形零件的拉深成形問題進行了全面且深入的研究探討，目前此領(lǐng)域的研究已基本完善，所得出的研究成果早已被實際生產(chǎn)采用 。 在圓筒形零件研究成果的基礎(chǔ)上，研究工作者也對盒形件進行了大量的研究，業(yè)己取得了突破性的進展。 但在曲面沖壓成形研究上，對其認識特點認識不夠深入， 未能從本質(zhì)上對其變 形特點與規(guī)律進行深入分析，因而在進行沖壓工藝參數(shù)的確定、模具設(shè)計及零件成形性等方面都遇到了相當大的困難。由于還沒有從本質(zhì)上搞清楚圓錐形零件的變形規(guī)律、成形機理、極限變形程度等問題，所以在生產(chǎn)實際中，沖壓工藝的制定、模具的設(shè)計、原材料的要求等許多方面都存在著較大的盲目性。生產(chǎn)實際中，人力、物力的損失和浪費都較為嚴重。 近年來，以有限元法為代表的數(shù)值模擬方法已廣泛應(yīng)用于各種金屬成形問題的求解分析中，實現(xiàn)了金屬全 成形過程的計算機仿真。本文應(yīng)用三維軟件 DEFORM有限元分析軟件數(shù)值模擬技術(shù)研究拉深件的拉深成形，可以 獲得變形全過程的塑性變形行為、流動規(guī)律、幾何形狀變化、材料變形的力學行為、材料內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變分布等，為實用化的工藝研究、設(shè)計是、修改和設(shè)備選擇提供了有效的信息和必要的技術(shù)支持。 本章首先建立了拉深成形過程的三維有限元模擬模型，其次采用三維有限元數(shù)值模擬軟件 DEFORM3D 對拉深工藝進行了數(shù)值模擬分析，選擇了摩擦因子、毛坯直徑、拉深件形狀、凸凹模刃口圓角、沖壓速度 、 毛坯的 材料 等參數(shù)，進行了多次模擬，根據(jù)模擬結(jié)果對比分析分析了以上諸多參數(shù)對成形工藝的影響，從而獲得了他們對成型過程的影響規(guī)律，為拉深件成形工藝的 研究提供了有效依據(jù)。 2 有限元模型建立 拉深件拉深成形屬于單工序工藝，其成形過程簡單，只有向下的沖壓動作，便于分析研究，因為沖壓是一個很短的過程，其中在變形過程中幾乎沒有溫度影響，所以將不考慮在拉深過程中的溫度效應(yīng)。 數(shù)值模擬拉深件其工藝參數(shù)如表 31 所示： 表 31 杯形拉深件工藝參數(shù) 坯料材料 模具材料 摩擦因數(shù) 上模速度 mm/s 坯料直徑 mm AISI1035，COLD T10A 1 77 安徽工程大學機電學院 15 a、初始毛坯圖 b、 最終拉深圖 圖 31 拉深件 網(wǎng)格劃分 3 拉深件工藝參數(shù)分析 1 摩擦因子 根據(jù) 文獻 [1]， 圖 32 所示不同摩擦因子載荷 行程曲線圖。 如圖中所示 分別取 m=0、 m=、 m=、 m=。從 圖 32 中的載荷 形成曲線來看，在 其它 模擬條件不變的情況下，隨著摩擦因子的增加，成形載荷增加。因此，采用合理的潤滑方法和潤滑劑，降低摩擦因子，可以減少成形載荷，這樣不僅可以降低對成形設(shè)備的要求，減少能量消耗，還可以減少模具磨損和提高模具壽命，對拉深工藝具有重要的意義。 因此證明了摩擦因子在 拉深的過程中對成形零件有著很大的影響， 作者認為在進行數(shù)值模擬時應(yīng)當考慮摩擦因子影響。為了便于研究分析，摩擦因子取 下列 值， μ分 別為 、 、 、 、 時的數(shù)值模擬，分析過程將在下文著重介紹。 圖 32 不同摩擦因子載荷 行程曲線圖 許實寶 ： 杯形件拉深工藝設(shè)計 16 2 模具方面 模具間隙小時，材料進入間隙后的擠壓力增大，摩擦力增加，拉深力大，故極限 拉深 系數(shù)取較大值。 凹模圓角半徑過小，則材料沿圓角部分流動阻力增加，引起拉深力加大，故極限拉深應(yīng)取較大值。 凸模圓角半徑過小時，毛坯在此處的彎曲變形程度增加，危險斷面 強度過多的被削弱，故拉深極限系數(shù)應(yīng)取大值。