基于CADCAE的方盒件變壓邊力沖壓成形工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第I頁(yè)共頁(yè)目錄1緒論.11.1引言.11.2方盒件變壓邊力沖壓成形的主要研究方向.21.2.1沖壓成形工藝.21.2.2變壓邊力.21.2.3板料沖壓成形CAE分析方法.31.3主要研究目標(biāo)及內(nèi)容.41.4論文的組織結(jié)構(gòu).52方盒件沖壓成形工藝?yán)碚摲治?72.1方盒件成形的拉深成形原理.72.2方盒形件變形特點(diǎn).82.3方盒形件主要拉深失效形式.93方盒形件成形過(guò)程的變壓邊力分析與研究.123.1臨界壓邊力影響因素分析.123.2板料成形安全區(qū)域研究.143.3變壓邊力中的控制曲線(xiàn).153.4仿真與分析步驟.154基于CAD/CAE的方盒件變壓邊力沖壓成形仿真與建模.174.1DYNAFORM軟件概述.174.2基于CAD/CAE的方盒件模型建立.184.3方盒件沖壓工藝模擬與分析前處理.194.4方盒件沖壓工藝模擬與后處理分析.214.5不同壓邊力控制曲線(xiàn)仿真結(jié)果及分析.224.6同一壓邊力不同控制曲線(xiàn)結(jié)果分析.294.7小結(jié).32結(jié)束語(yǔ).33致謝.34參考文獻(xiàn).35本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第1頁(yè)共36頁(yè)1緒論1.1引言拉深是板料沖壓成形中的主要成形方式,在汽車(chē)、航空航天、石油化工等諸多等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。例如,汽車(chē)車(chē)身覆蓋件、大油罐等的成形均采用拉深工藝。然而,如何保證板料塑性成形零件的質(zhì)量,降低廢品率,減少模具的返工,縮短模具設(shè)計(jì)周期,一直是板料塑性成形領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。板料成形過(guò)程包括了非常復(fù)雜的物理現(xiàn)象,涉及力學(xué)中的三大非線(xiàn)性問(wèn)題:幾何非線(xiàn)性、物理非線(xiàn)形和邊界非線(xiàn)性1。因此,難以用傳統(tǒng)的彈塑性理論的解析法進(jìn)行研究。利用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行沖壓件工藝分析時(shí)，為了避免材料成形過(guò)程中出現(xiàn)斷裂、起皺、頸縮等不良影響，必須反復(fù)修改成形加工的某些參數(shù)或修改模具形狀，使得工藝過(guò)程耗資大、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，已不能適應(yīng)激烈的場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及有限元方法的成熟,特別是商用有限元軟件的不斷完善,促進(jìn)了板料成形中數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展。該技術(shù)減少了試模過(guò)程,縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,降低了成本，對(duì)提高制成品的制成質(zhì)量提供了良好的保障。方盒形件廣泛應(yīng)用于電子部件和汽車(chē)部件中，如電池盒、半導(dǎo)體盒和汽車(chē)反光鏡、汽車(chē)油箱等。在實(shí)際生產(chǎn)中拉深件多為非軸對(duì)稱(chēng)形狀，而方盒形件是典型的非軸對(duì)稱(chēng)形的拉深件，在方盒形件拉深過(guò)程中材料的變形較為復(fù)雜，因此以方盒形件為研究對(duì)象對(duì)拉深工藝作進(jìn)一步的探討更具有實(shí)際意義2。傳統(tǒng)的壓力機(jī)在沖壓過(guò)程中壓邊力一般為恒定值，這制約了材料的成形性能，也影響了沖壓件的尺寸精度和穩(wěn)定性。為了獲得更好的成形質(zhì)量，變壓邊力控制曲線(xiàn)對(duì)成形性能的影響和變壓邊力預(yù)測(cè)成為目前沖壓技術(shù)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，選用非軸對(duì)稱(chēng)件方盒件，借助CAE對(duì)不同類(lèi)型壓邊力控制曲線(xiàn)的板料成型性能的仿真，尋找合適的壓邊力控制曲線(xiàn)，將彈塑性力學(xué)理論和人工智能技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提出預(yù)測(cè)板料拉伸過(guò)程中壓邊力控制曲線(xiàn)的辦法，大幅度減少設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的工作量，降低成本費(fèi)用，提高板料的成形性能，最終奠定對(duì)復(fù)雜形狀沖壓件壓邊力的智能預(yù)測(cè)研究的基礎(chǔ)，對(duì)智能數(shù)控沖壓機(jī)床的研究和設(shè)計(jì)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題針對(duì)方盒件沖壓成形對(duì)壓邊力控制的要求，采用變壓邊力方式，首先選取了簡(jiǎn)單的非軸對(duì)稱(chēng)件方盒形件作為研究起點(diǎn)，借助CAD/CAE手段通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型壓邊力控制曲線(xiàn)的板料成形性能仿真，尋找合適的壓邊力控制曲線(xiàn)，探討方盒件沖壓本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第2頁(yè)共36頁(yè)成形工藝。1.2方盒件變壓邊力沖壓成形的主要研究方向盒形件是金屬薄板拉深成形中較為典型的沖壓件，其變形規(guī)律具有一定的典型性，研究這類(lèi)件的成形規(guī)律，不僅對(duì)這類(lèi)件成形工藝參數(shù)和工藝步驟的確定是至關(guān)重要的，同時(shí)也是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)復(fù)雜件成形規(guī)律的基礎(chǔ)。因此國(guó)內(nèi)外對(duì)此展開(kāi)了大量的研究。主要集中在沖壓成形工藝、變壓邊力和板料沖壓成形CAE分析方法等方向上。1.2.1沖壓成形工藝板料成形加工是金屬加工的一種重要工藝方法，它不僅生產(chǎn)效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善金屬材料的力學(xué)性能和組織，因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中得到了極為廣泛的應(yīng)用，特別是在航空、宇航、汽車(chē)、造船、電器、五金等工業(yè)部門(mén)。板料沖壓成形的方式有很多，通?？捎盟姆N基本變形方式來(lái)認(rèn)識(shí)，即膨脹、拉延、伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊以及彎曲變形板料沖壓成形的方式有很多，通?？捎盟姆N基本變形方式來(lái)認(rèn)識(shí)，即膨脹、拉延、伸長(zhǎng)類(lèi)翻邊以及彎曲變形3。一般來(lái)說(shuō)，板料成形性能依賴(lài)于壓力、拉力、拉伸速率、溫度這些與金屬抗伸長(zhǎng)斷裂有關(guān)的因素，金屬材料的尺寸、形狀、第二相微粒的分布狀況等對(duì)其性能影響也很大4。沖壓是一種高效率的生產(chǎn)方式，適用于大批量的生產(chǎn)，其材料的成本占生產(chǎn)成本的60%80%，材料利用率的高低主要取決于排樣方案的優(yōu)劣。根據(jù)不同的加工工藝與加工方式，有普通單排、普通雙排、對(duì)頭單排、雙頭雙排4種排樣方式可供選擇。在金屬材料成形中，材料的成形過(guò)程受到材料的參數(shù)，工藝參數(shù)，材料尺寸等諸多因素的影響，其中材料參數(shù)主要包括材料的抗疲勞強(qiáng)度，屈順強(qiáng)度，應(yīng)變硬化指數(shù)，各向異性指數(shù)等。工藝方面參數(shù)主要是指沖壓速度，壓邊力的大小和分布，成形潤(rùn)滑情況等等5,6。1.2.2變壓邊力變壓邊力技術(shù)研究的關(guān)鍵在于：如何在保證成形質(zhì)量前提下改善材料的成形極限。變壓邊力可以分為隨時(shí)間變化的變壓邊力、隨位置變化的變壓邊力、隨時(shí)間和位置綜合變化的變壓邊力。(1)隨時(shí)間變化的變壓邊力對(duì)成形性能的影響：隨時(shí)間變化的變化的變壓邊力是指在薄板成形過(guò)程中，在壓邊圈采用整體壓邊圈的前提下，壓邊力僅隨凸模行程變化的變壓邊力，采用這種壓邊力可以有效改善材料的成形性能。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第3頁(yè)共36頁(yè)意大利的巴勒莫大學(xué)的L.Fratini和F.Micari進(jìn)行了大量的模擬和實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同材料和拉深比的軸對(duì)稱(chēng)件在不同壓邊力變化方式下進(jìn)行成形性能研究，得出選擇恰當(dāng)?shù)臐u增的壓邊力變化方式可以使拉深深度最大的結(jié)論。新加坡的S.Thiruvarudchelvan以鋁板、銅板杯形件拉深為例，分析了壓邊力與沖壓力成正比（約34）拉深過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出采用變壓邊力形式將有利于提高圓筒形件的成形質(zhì)量，降低了拉延開(kāi)始時(shí)的拉裂危險(xiǎn)性，消除起皺時(shí)所用的最大壓邊力比采用恒壓邊力所需最大壓邊力要小，并且杯壁部分的減薄量小于恒定壓邊力作用時(shí)的減薄量。Ahmetoglu等人對(duì)漸減式壓邊力曲線(xiàn)進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)和有限元分析的結(jié)果表明，從較大的壓邊力逐步減少到僅能消除起皺的恒定壓邊力的變化曲線(xiàn)能顯著減小法蘭起皺的高度，并且可以避免較大的恒定壓邊力所造成的斷裂。(2)隨位置變化的變壓邊力對(duì)成形性能的影響：隨位置變化的變壓邊力是指在薄板成形過(guò)程中,在沖壓件的法蘭區(qū)不同位置施加大小不同但恒定的壓邊力，采用這種變壓邊力控制技術(shù),不僅可以提高薄板的成形性能,減少和消除成形過(guò)程中起皺和斷裂等缺陷,而且能提高沖壓件的尺寸精度和沖壓過(guò)程的穩(wěn)定性。(3)隨時(shí)間和位置綜合變化的變壓邊力對(duì)成形性能的影響：隨時(shí)間和位置綜合變化的變壓邊力是指在薄板成形過(guò)程中,在沖壓件的不同位置施加大小不同的壓邊力。這種變壓邊力技術(shù)是綜合隨時(shí)間變化的變壓邊力技術(shù)和隨位置變化的變壓邊力技術(shù)，其更能提升材料成形性能。特別是對(duì)非對(duì)稱(chēng)件，這種變壓邊力更能改善材料的成形極限和質(zhì)量。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)變壓邊力改善板料成形性能的內(nèi)在機(jī)理仍不夠十分了解，研究結(jié)果不能直接用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，同時(shí)，最佳變壓邊力的確定仍依賴(lài)于手工“試錯(cuò)”，并且缺乏有效的確定最佳變壓邊力優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)數(shù)值模擬與正交優(yōu)化的有效結(jié)合，對(duì)方盒件成形進(jìn)行研