基于CADCAE的拼焊板桶形件沖壓成形工藝設(shè)計(jì)

第 I 頁(yè) 共 頁(yè) 目 錄 1 緒論 . 1 1.1 選題背景 . 1 1.2 拼焊板沖壓成形研究現(xiàn)狀 . 3 1.3 主要研究目標(biāo)及內(nèi)容 . 4 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu) . 5 2 拼焊板沖 壓成形工藝?yán)碚摲治?. 6 2.1 拼焊板成型理論 . 6 2.1.1 拼焊板單向拉伸時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系 . 6 2.1.2 拼焊板成形的變形特點(diǎn) . 7 2.1.3 拼焊板桶形件拉深工藝 . 8 2.2 影響拼焊板沖壓成 形的主要因素 . 9 2.2.1 凸 凹模圓角半徑 . 10 2.2.2 壓邊圈 . 10 2.2.3 壓邊力 . 10 2.2.4 焊縫位置 . 11 2.2.5 板厚比 . 11 2.3 拼焊板圓桶形件沖壓成形的常見缺陷 . 11 2.3.1 起皺與破裂 . 11 2.3.2 焊縫的移動(dòng) . 12 3 拼焊板桶形件有限元建模方法 . 14 3.1 CAE仿真軟件的簡(jiǎn)介及選取 . 14 3.2 板料成形有限元數(shù)值模擬過程 . 15 3.2.1 仿真步驟 . 15 3.2.2 模具和毛坯的 CAD建模 . 16 3.2.3 前處理工作 . 19 3.2.4 后處理工作 . 20 4 基于數(shù)值模擬的拼焊板桶形 件成型仿真及分析 . 23 4.1 仿真建模 . 23 4.1.1 凹模、凸模、壓邊圈以及板料的 CAD 建模 . 23 4.1.2 CAD文件保存 . 24 4.1.3 模型導(dǎo)入 . 24 4.1.4 網(wǎng)格劃分 . 24 第 II 頁(yè) 共 頁(yè) 4.1.5 焊接 . 25 4.1.6 網(wǎng)格檢查 /網(wǎng)格修補(bǔ) . 25 4.1.7 調(diào)整位置 . 25 4.1.8 定義材料和板厚 . 26 4.1.9 定義凸模運(yùn)動(dòng)和壓力 . 26 4.1.10 計(jì)算 . 26 4.1.11 后處理 . 26 4.2 壓邊圈對(duì)拼焊板桶形件成形影響分析 . 27 4.3 壓邊力大小對(duì)拼焊板桶形件成形影響分析 . 27 4.4 凸模行程對(duì)拼焊板桶形件成形影響分析 . 30 4.5 板厚比 對(duì) 拼焊板桶形件成形影響分析 . 31 4.6 焊縫位置 對(duì) 拼焊板桶形件成形影響分析 . 33 4.7 凹模圓角半徑對(duì)拼焊板桶形件成形影響分析 . 34 4.8 方案分析及總結(jié) . 35 結(jié)束語(yǔ) . 38 致謝 . 40 參考文獻(xiàn) . 41 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁(yè) 共 42 頁(yè) 1 緒論 1.1 選題背景 自從國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)提出超輕量鋼制車身的規(guī)劃以來，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均加大了對(duì)車身輕量化技術(shù)的研發(fā)力度和推廣應(yīng)用新技術(shù)的速度 1。 在實(shí)現(xiàn)車身輕量化的先進(jìn)制造技術(shù)中，激光拼焊板的研發(fā)與應(yīng)用，成為汽車界和沖壓界研究的熱點(diǎn)。 中國(guó)的激光拼焊板技術(shù)應(yīng)用起步較晚，直到 2002 年 10 月 25 日，我國(guó)第一條激光拼焊板專業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)線才在武漢 正式投入運(yùn)行。 目前，國(guó)內(nèi)激光拼焊板需求量迅速上升，國(guó)產(chǎn)高品質(zhì)車型，如：帕薩特、別克、奧迪、雅閣等都開始采用激光拼焊板?；谶@種情況，寶鋼集團(tuán)在 2004年 11月和 12月相繼在上海和長(zhǎng)春成立了激光拼焊板生產(chǎn)公司。 冷軋鋼板激光拼焊技術(shù)主要應(yīng)用在汽車門內(nèi)板、底板、立柱等不等厚鋼板的拼焊中，通過將不同或相同厚度、強(qiáng)度、材質(zhì)的冷軋鋼板切成合適的尺寸 用，成為汽車界和沖壓界研究的熱點(diǎn)。完善拼焊板的制造工藝、開發(fā)高效自動(dòng)化拼焊鋼板生產(chǎn)線、研究拼焊板的沖壓成形性能與成形極限、針對(duì)汽車車身典型覆蓋件對(duì)采用拼焊板時(shí)的成形工藝進(jìn) 行研究等成為當(dāng)今汽車界的熱門課題。 拼焊板是將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂鍍層的鋼材用激光把邊部對(duì)焊，焊接成一塊整體板，以滿足零部件對(duì)材料性能的不同要求。經(jīng)過沖壓等工序后成為汽車的部件 2。激光拼焊是汽車生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)，于 1985年正式應(yīng)用，已在歐、美、日各大汽車廠和形狀，然后用激光焊接成一個(gè)理想的整體（即拼焊板）。汽車企業(yè)用這種拼焊板沖壓成特定的零件 。 激光拼焊板是目前汽車車身設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用的新技術(shù)，它可將經(jīng)不同表面處理、不同 用激光焊的方法，自由組合使之成為一個(gè)毛坯件 。 轎車零部件采用激光拼焊板可以減 少零件數(shù)量，減輕構(gòu)件重量，為生產(chǎn)寬體車提供可能。 激光焊接幾乎可以不受限制地把厚度、牌號(hào)、等級(jí)、鍍層等不同的鋼板連結(jié)在一起，制成各種形狀的零件，大大提高了汽車設(shè)計(jì)的靈活性，不僅大大減少了模具數(shù)量，還增加了材料利用率 ， 也使車身結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化 3。 激光拼焊板已廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)，采用激光拼焊板工藝不僅能夠降低整車的制造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強(qiáng)件數(shù)量，簡(jiǎn)化裝配步驟，同時(shí)使車輛的碰撞能力、沖壓成型率和抗腐能力提高。此外， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁(yè) 共 42 頁(yè) 由于避免使用密封膠，也使其更具有環(huán)保性 。 激光 焊技術(shù)的應(yīng)用可使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率提高、制造成本降低，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)推動(dòng)汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要 意義。具體表現(xiàn)在： （ 1） 零件數(shù)量的減少，以及隨之而來的生產(chǎn)設(shè)備和制造工藝簡(jiǎn)化，大大提高了生產(chǎn)效率，降低整車制造及裝配成本； （ 2） 由于產(chǎn)品的不同，零件在成形前即通過激光焊接工藝焊接在一起，因而提高了產(chǎn)品的精度，大大降低了零部件的制造及裝配公差；通過部件的優(yōu)化減輕了重量 ； （ 3） 激光拼焊是把基板的邊部對(duì)焊在一起，由于不再需要加強(qiáng)板，也沒有搭接接縫，大大提高了裝配件的抗腐蝕性能；通過消除搭接提高部件的耐腐蝕能力， 大大減少了密封措施的使用； （ 4） 通過對(duì)材料厚度以及質(zhì)量的嚴(yán)格篩選，在材料強(qiáng)度和抗沖擊性方面給零部件帶來本質(zhì)的飛躍，同時(shí)改良了結(jié)構(gòu)，在撞擊過程中，可以控制更多的能量得到吸收，從而改良車身部件的抗擊沖撞能力，提高車身的被動(dòng)安全性； （ 5） 實(shí)現(xiàn)對(duì)材料性能的最充分的利用，達(dá)到最合理的材料性能組合； （ 6） 材料厚度的可變性以及其可靠的質(zhì)量，保證了在對(duì)某些重要位置的強(qiáng)化改進(jìn)可以順利進(jìn)行； （ 7） 對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者而言增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性。一個(gè)零件，如果某個(gè)部分需要提高強(qiáng)度，則這部分的厚度也要增加，在設(shè)計(jì)時(shí)只需在某個(gè)部分 提高強(qiáng)度和厚度而不需要在整個(gè)零件都增加強(qiáng)度和厚度 。 目前，拼焊板在汽車發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)被成功應(yīng)用于內(nèi)覆蓋件、外覆蓋件和骨架件等車身零件的沖壓生產(chǎn)中，如圖 1.1所示 4。 圖 1.1 拼焊板在車身覆蓋件上的應(yīng)用舉例 然而，由于拼焊板相對(duì)于普通光板具有焊縫、板厚不等、材料性能不同等特點(diǎn)，給拼焊板沖壓成形帶來了一些缺陷，如焊縫的不均勻移動(dòng)、起皺、破裂、回彈等。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁(yè) 共 42 頁(yè) 本課題即針對(duì)拼焊板的沖壓成形的常見缺陷和問題，以簡(jiǎn)單的軸對(duì)稱零件 桶形零件為研究對(duì)象，首先通過文獻(xiàn)查閱分析確定影響拼焊板沖壓成形主要變化因素：壓邊圈、 壓邊力、 凸模行程、板厚比、 焊縫位置 及凹模圓角半徑， 繼而運(yùn)用 CAE仿真軟件 Dynaform對(duì)拼焊板 桶形件進(jìn)行簡(jiǎn)單的有限元仿真 分析，找出這些因素對(duì)拼焊板 桶 形件沖壓成形的影響； 通過調(diào)整各種參數(shù)比較得到優(yōu)化的方案，為實(shí)際應(yīng)用時(shí)沖出合格產(chǎn)品做參考 。 1.2 拼焊板 沖壓成形 研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外對(duì) 拼焊板 沖壓成形的研究主要集中 在對(duì)沖壓成形的研究、對(duì) 焊縫 移動(dòng)規(guī)律及控制 的研究及對(duì)壓邊力的研究三 個(gè)方面： （ 1） 對(duì)沖壓成形 的研究 拼焊板的成形性能是指拼焊板對(duì)于成形的適應(yīng)能力，簡(jiǎn)稱成形性能。成形性能可分為狹義的成形性能和廣義的 成形性能。狹義的成形性能指拼焊板在沖壓成形過程中抵抗破裂的能力。廣義的成形性能是綜合考慮金屬包辦在沖壓 成形過程中不產(chǎn)生板面缺陷以及獲得制件形狀和尺寸精度時(shí)的成形性能 5。 研究拼焊板成形性能的方法有：拉伸試驗(yàn)、杯突試驗(yàn)及成形極限圖試驗(yàn)等。 大量的研究已經(jīng)表明 ， 與單一鋼板材相比 ， 拼焊板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增加 ， 硬化指數(shù)和延伸率減小 ， 從而使得沖壓成形性能降低 。 與鋼不同 ， 鋁拼焊板與傳統(tǒng)的單一板相比 ， 由于焊縫和熱影響區(qū)的軟化現(xiàn)象 ， 拼焊板的力學(xué)性能發(fā)生顯著的變化 ， 與基體金屬相比 ， 屈服強(qiáng)度稍高 ,抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率較低 ， 應(yīng) 變硬化指數(shù)和強(qiáng)度系數(shù)均有下降 。 （ 2） 對(duì)焊縫 移動(dòng)規(guī)律及控制 的研究 大量實(shí)踐表明焊縫的存在對(duì)拼焊板的成形性能產(chǎn)生極大的影響：焊縫的移動(dòng)不僅會(huì)影響拼焊板零件的成形質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致零件報(bào)廢。焊縫使 拼焊板的屈服強(qiáng)度提高 ，應(yīng)變硬化指數(shù) n值和長(zhǎng) 率 A值降低 ，且焊縫使模擬成形性能的擴(kuò)孔率、杯突值和成形極限顯著降低。目前控制焊縫移動(dòng)的方法主要有： (a) 合理布置焊縫的位置 ； (b) 使用分塊壓邊圈或階梯壓邊圈 ； (c) 變壓邊力控制法，在薄厚兩側(cè)采用不同的壓邊力 ； (d) 拉延筋法 ； (e) 焊縫約束法。 本文針對(duì)沖壓生產(chǎn) 和 桶 形零件的特點(diǎn)，使用階梯壓邊圈對(duì)焊縫在不同位置 時(shí)對(duì)拼 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁(yè) 共 42 頁(yè) 焊板桶形件的成形性能進(jìn)行仿真分析，為今后拼焊板的不規(guī)則焊縫控制研究打下基礎(chǔ)。 （ 3） 對(duì)壓邊力的研究 在沖壓成形過程中，壓邊力是主要是用來增加材料中的拉應(yīng)力，控制材料流動(dòng)的，是影響沖壓件成形質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。壓邊力的主要作用表現(xiàn)在： （ a）通過對(duì)板料施加法向壓力合切向摩擦力來控制板料的流動(dòng)，使材料產(chǎn)生充分的塑性變形，提高零件的剛度； （ b）防止和減小法蘭部分的起皺。一般來說壓邊力過小，無法有效地控制材料的流動(dòng)，板料容易出現(xiàn)起皺缺陷；壓邊力過大，雖然可以避 免起皺，但拉裂的趨勢(shì)會(huì)明顯的增加，同時(shí)，模具和板料液容易產(chǎn)生表面劃傷，影響模具壽命。 因此，為了使板料在拉伸成形過程中始終保持穩(wěn)定狀態(tài)，就需要施加一個(gè)大小適當(dāng)?shù)膲哼吜Α?1.3 主要研究目標(biāo)及內(nèi)容 拼焊板 桶形件由于屬于 軸對(duì)稱件，是 研究復(fù)雜幾何形狀件的沖壓成形工藝的基礎(chǔ)。本課題首先選取了簡(jiǎn)單的 軸對(duì)稱件 拼焊板 桶 形件作為研究起點(diǎn)，針對(duì)智能數(shù)控沖壓機(jī)床對(duì)壓邊力控制的要求，借助 CAD/CAE 手段通過改變 壓邊力 大小、凸模行程、板厚比、焊縫位置、凹模圓角半徑 進(jìn)行板料的成形性能的有限元分析仿真，探討 拼焊板 桶 件沖壓成形 工藝。 本課題研究?jī)?nèi)容及研究問題歸納如下： （ 1） 研究 拼焊板 桶 形件拉深成形的特點(diǎn)和成形機(jī) 理， 并 確定 分析 模型 ； （ 2） 分析拼焊板桶形件拉深過程中所產(chǎn)生的缺陷， 確定影響成形質(zhì)量的因素 并對(duì)其進(jìn)行基本闡述 ； （ 3） 介紹板料成形的有限元數(shù)值模擬基本理論及 Dynaform軟件的數(shù)值模擬過程，制定研究拼焊板桶形件成形工藝的具體仿真實(shí)驗(yàn)方案； （ 4） 根據(jù)拼焊板桶形件的成形機(jī)理確定仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)＞吆桶辶蠀?shù)，使用 Pro/E進(jìn)行 CAD 建模，運(yùn)用 Dynaform 建立沖壓模具、壓邊圈、板料的有限元模型，選定合適 的試驗(yàn)參數(shù) 。 本論文將 對(duì)仿 真模型進(jìn)行以下分析 : （ a） 通過仿真分析在普通壓邊圈與階梯壓邊圈中確定選擇壓邊圈； （ b） 拉深過程施加不同的壓邊力，找出壓邊力對(duì)成形質(zhì)量的影響特點(diǎn)，從而確定合適的壓邊力大??； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁(yè) 共 42 頁(yè) （ c） 調(diào)整凸模 行程， 分析凸 模行程 對(duì)成形質(zhì)量的影響； （ d） 分析不同板厚比 對(duì)拼焊板 桶形件的影響； （ e） 分析不同焊縫位置 對(duì)拼焊板桶形件的影響 。 （ 5） 通過以上模擬分析，找出成形性好（無缺陷）同成形高度、材料參數(shù)和成形幾何參數(shù)等成形參數(shù)的關(guān)系，然后進(jìn)一步優(yōu)化 拼焊板 桶 形件 沖壓成形工藝 。為實(shí)際生產(chǎn) 節(jié)省大量的費(fèi)用和時(shí)間，也為拉深工藝設(shè)計(jì)及模具設(shè) 計(jì)提供重要的參考依據(jù)。 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu) 本論文各章節(jié)的內(nèi)容安排如下： 第 1章 簡(jiǎn)要介紹 本 課題研究的背景和意義， 闡述 了國(guó)內(nèi)拼焊板沖壓成形相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，確立課題的研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)， 組織 了論文的結(jié)構(gòu)安排。 第 2章 介紹拼焊板沖壓成形 的工藝?yán)碚摲治?，成?特點(diǎn)以及 沖壓 成形 影響 因素 和這些因素 將 導(dǎo)致的缺陷 。 第 3 章 在 DYNAFORM 中建立拼焊板沖壓模具及板料的有限元模型 ，并闡述了板料成形有限元數(shù)值模擬過程 。 第 4 章 利用 DYNAFORM 對(duì)影響拼焊板沖壓成形的關(guān)鍵因素 壓邊圈、 壓邊力 、凸模行程、板 厚 比 、 焊縫位置 及凹模圓角半徑進(jìn)行模擬分析，總結(jié)出這些因素對(duì)成形的影響過程和 確定較優(yōu)方案， 為拼焊板沖壓成形工藝參數(shù)的選擇提供可靠依據(jù)。 第 5章 總結(jié)所做的工作。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁(yè) 共 42 頁(yè) 2 拼焊板沖壓成形工藝?yán)碚摲治?在沖壓生產(chǎn)中，拉深件種類很多，形狀各異，雖然它們的沖壓過程都叫拉深，但其變形區(qū)的位置、變形性質(zhì)，應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其分布等各不相同，所以工藝參數(shù)、工序數(shù)目與順序的確定方法及模具設(shè)計(jì)原則與方法都不一樣，按變形力學(xué)特點(diǎn)拉深件可分為桶形件（圓桶形件，帶凸緣圓桶件，階梯圓桶件）、曲面回轉(zhuǎn)體零件（球形、拋物線形、錐形等）、盒形 件（方形、矩形、橢圓形等）和不規(guī)則形狀零件等四類。桶形件是拉深中最簡(jiǎn)單最典型的，因此本文選取拼焊板桶形件作為研究起點(diǎn) 6。 2.1 拼焊板 成型理論 2.1.1 拼焊板單向拉伸時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系 拼焊板單向拉伸時(shí)的受力分析如圖 2.1 所示，圖中 L 為拼焊板總長(zhǎng)度， L1、 L2分別為焊縫兩側(cè)薄厚板材的長(zhǎng)度， 1 和 2 分別代表薄側(cè)和厚側(cè)板材， t1和 t2為分別薄側(cè)和厚側(cè)板材的厚度， P1和 P2分別為薄側(cè)和厚側(cè)板材所受的力。根據(jù)塑性力學(xué)分析可得： 11 1 1 1 1 1nP A K A （ 2.1） 22 2 2 2 2 2nP A K A （ 2.2） 1 1 2 2tt（ 2.3） 121 1 1 2 2 2nnK t K t （ 2.4） 式中， A1、 A2分別為薄側(cè)和厚側(cè)板材的橫截面積； 1、 2分別表示薄板厚板的應(yīng)力； 1、 2分別為薄側(cè)和厚側(cè)板材的應(yīng)變； n1、 n2分別為板材硬化指數(shù)； K1、 K2分別為薄側(cè)和厚側(cè)板材的應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù) 7。 圖 2.1 拼焊板單向拉深時(shí)的受力分析 如果拼焊板厚薄兩側(cè)使用相同型號(hào)的材料，則 K1=K2， n1=n2=n，式（ 2.4）可以簡(jiǎn)化為： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁(yè) 共 42 頁(yè) 1122e x p ( ln )tc t （ 2.5） 式中， c為與板料硬化指數(shù)有關(guān)的常數(shù)， c=1/n。 由式 (2.3)可以知道，差厚拼焊板在受到單向拉伸作用力時(shí)，薄厚兩側(cè)板材所受的應(yīng)力比與板厚比成反比。隨著板厚比的增大，薄厚兩側(cè)板材應(yīng)力比隨之增大，這樣會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻，且大應(yīng)力集中在薄側(cè)板材，造成應(yīng)力集中。 式 (2.5)表明薄厚兩側(cè)的應(yīng)變比與板厚比相關(guān)聯(lián)，隨著板厚比 t2/t1增大，12/相應(yīng)增大，即薄厚兩側(cè)板材承受的應(yīng)變差別變大。 由上 分析可知，差厚拼焊板厚薄兩側(cè)板材應(yīng)力、應(yīng)變的差異影響拼焊板的成形性能，增加了薄側(cè)板材破裂的危險(xiǎn)。 2.1.2 拼焊板成形的變形特點(diǎn) 拼焊板的變形特點(diǎn)，主要涉及到兩個(gè)方面的問題 失效形式和變形程度。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過拉伸成形、伸長(zhǎng)類翻邊成形、半球成形等一系列試驗(yàn)得到如下結(jié)論： (1) 對(duì)于等厚度等強(qiáng)度的材料，失效總是發(fā)生在焊縫界面，裂紋總是垂直于主應(yīng)變方向。這與焊縫的延伸性下降有密切關(guān)系，而且已有研究證實(shí)，相同厚度和強(qiáng)度的激光拼焊板與普通光板相比，當(dāng)主應(yīng)變方向平行于焊縫時(shí)，最大成形高度下降了 30%。而當(dāng)主應(yīng)變 方向與焊縫垂直時(shí)，最大成形高度下降了 10%8。 (2) 對(duì)于不同厚度或不同強(qiáng)度的拼焊板來說，主應(yīng)變方向平行于焊縫時(shí)，裂紋發(fā)生在焊縫。主應(yīng)變方向垂直焊縫時(shí)，裂紋發(fā)生在弱板一側(cè)，如圖 2.2所示。 圖 2.2 不同厚度的拼焊板失效形式 (3) 最大成形高度與板料材質(zhì)、焊接工藝、厚度或強(qiáng)度比、焊縫位置有關(guān)。相同強(qiáng)度不同厚度的拼焊板與母板相比，極限 拱頂高下 邊成形性等與強(qiáng)度比或厚度比之間有密切的關(guān)系，隨著其比值的增大而降低，并且當(dāng)這個(gè)比值超過極限值時(shí)，較厚或強(qiáng)度較高一側(cè)板材將不發(fā)生變形 9。 (4) 對(duì)于 激光 拼焊板來說，因?yàn)楹缚p熱影響區(qū)的軟化，其失效的發(fā)生與焊縫位置 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁(yè) 共 42 頁(yè) 和厚度比有關(guān)。 (5) 對(duì)于不同板厚或強(qiáng)度組成的拼焊板，沖壓成形時(shí)焊縫會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，而拼焊板的失效直接與焊縫移動(dòng)有關(guān)。焊縫移動(dòng)主要取決于邊界條件（如壓邊力、板料輪廓形狀、焊縫位置等），也與焊縫兩側(cè)材料的厚度比及強(qiáng)度比密切相關(guān)，而與焊接方式和焊縫寬度關(guān)系不大。 2.1.3 拼焊板桶形件拉深工藝 圓形拼焊板毛坯在拉深凸、凹模的作用下，逐漸壓成開口圓桶形件。其拉深原理圖 2.3，直徑為 L 的板料在沖擊力 P、壓邊力 Q、圓角半徑為pr的凸模及圓角半徑dr和寬度為 B的凹模的共同作用下，被拉入模腔而壓制成形的，圖中 h為板料的成形深度，t為薄板和厚板的厚度差 10。 圖 2.3 拉深原理圖 拉深過程中，毛壞各部分的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)是不一樣的，由于變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)決定了筒形件成形的變形性質(zhì)，因 此應(yīng)著重研究變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài) 11。設(shè)在拉深過程中的某一時(shí)刻毛坯已處于圖 2.4所示的狀態(tài)。此時(shí)所形成的五個(gè)區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)是不同的。 圖 2.4 毛坯 拉深過程中 毛坯的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁(yè) 共 42 頁(yè) （ 1） 凸緣變形區(qū) (主要變形區(qū) )： 材料在徑向拉應(yīng)力 1和切向壓應(yīng)力 3的作用下，產(chǎn)生徑向伸長(zhǎng)和切向壓縮變形，在厚度方向，壓邊圈對(duì)材料施加壓應(yīng)力 2，其 2 的值遠(yuǎn)小于 1和 3，所以料厚稍有增加，如果不壓料 ， 料厚增加相對(duì)大一些。 （ 2） 凸緣圓角部分 (過渡區(qū) )： 位于凹模圓角處的材料。變形比較復(fù)雜，除有與平面凸緣部分相同的特點(diǎn)外，還由于承受凹模圓角的壓力和彎曲作用而產(chǎn)生壓應(yīng)力 2。 （ 3） 筒壁部分 (傳力區(qū) )： 這部分材料已經(jīng)變形完畢，此時(shí)不再發(fā)生大的變形。在繼續(xù)拉深時(shí)，凸模的拉深力經(jīng)由筒壁傳遞到 凸緣部分，故它承受單向拉應(yīng)力的作用，發(fā)生少量的縱向伸長(zhǎng)和變形。 （ 4） 底部圓角部分 (過渡區(qū) )： 這部分材料一直承受筒壁傳束的拉應(yīng)力，并且受到凸模的壓力和彎曲作用。在拉、壓 應(yīng) 力綜合作用下，使這部分材料變薄嚴(yán)重。最容易產(chǎn)生裂紋，故此處稱為危險(xiǎn)斷面。 （ 5） 筒底部分 ： 這部分材料基本上不變形，但由于作用于底部圓角部分的拉深力，使材料承受雙向拉應(yīng)力，厚度略有變薄 12。 綜上所述，拉深時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變是復(fù)雜的，又是時(shí)刻在變化的，拉深件的壁厚是不均勻的。因此拉深件凸緣區(qū)在切向壓應(yīng)力作用力將要引起“起皺”和 桶 壁傳力區(qū)上危 險(xiǎn)斷面的“ 破裂 ”，所以 桶形件 拉深中的主要破壞失穩(wěn)形式是起皺和 破 裂。 與普通桶形件成型過程相比，拼焊板桶形件的應(yīng)變特點(diǎn)如下： （ 1） 拼焊板桶形件拉深時(shí)，由于金屬向直邊流動(dòng)及板料存在厚度差等，使得徑向應(yīng)力在拼焊板薄厚兩側(cè)的分布是不均勻的，拉應(yīng)力在薄板底部圓角中間處最大，厚板 桶壁中間處最小，使得拼焊板薄板底部圓角處更易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象而破裂。 （ 2） 拼焊板桶形件的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力 均 出現(xiàn)在薄板凸緣圓角處。因而破裂、起皺等現(xiàn)象也多在薄板凸緣圓角處發(fā)生，次之是厚板凸緣圓角處。 （ 3） 在拼焊板桶形件的底部主要受拉應(yīng) 力，且薄側(cè)的拉應(yīng)力大于厚側(cè)，所以，薄側(cè)材料的流動(dòng)要比厚側(cè)大，從而產(chǎn)生焊縫移動(dòng)。 由此可知，拼焊板的桶形件成型時(shí)由于拼焊板自身特點(diǎn)所造成了拉應(yīng)力與壓應(yīng)力的受力不均勻。從而更易導(dǎo)致起皺與破裂的產(chǎn)生。焊縫移動(dòng)問題也隨之而來。 2.2 影響拼焊板沖壓成形的 主要 因素 影響拼焊板沖壓成形的因素主要有： 凸 凹模圓角半徑、 壓邊圈、 壓邊力、焊縫位置及板厚比。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁(yè) 共 42 頁(yè) 2.2.1 凸 凹模圓角半徑 一般來說，模具圓角半徑取值太小，直接影響零件的成形質(zhì)量，較大的模具圓角半徑有利于增大成形的安全區(qū)域。圓角半徑的大小影響板料通過圓角時(shí)的張力 ，圓角半徑越小板料的張力越大，板料的變形越大。圓角半徑增大，板料彎曲半徑增大，回彈角隨之增大。因此，圓角半徑太大，板料會(huì)產(chǎn)生明顯的回彈而影響零件的加工精度；圓角半徑太小，板料變形過程中材料流動(dòng)困難，導(dǎo)致零件過早破裂 13。 其中凹模圓角半徑較凸模圓角半徑來說對(duì)板料的影響更大 14，不同的凹模圓角半徑會(huì)導(dǎo)致板料流入凹模的速度不同，凹模圓角半徑越大，板料越容易流入模腔，易于板料成形；反之，凹模圓角半徑越小，板料成形阻力大，板料容易破裂。凹模圓角半徑對(duì)拼焊板沖壓成形的影響較普通光板要大，不但不同的凹模圓角半徑 會(huì)導(dǎo)致拼焊板板料流入凹模模腔的速度不同，而且，在同一凹模圓角半徑的情況下，拼焊板厚側(cè)與薄側(cè)板料流入凹模的速度也不相同，從而導(dǎo)致板料流入速度較快的一側(cè)先發(fā)生破裂，同時(shí)產(chǎn)生明顯的焊縫移動(dòng)，最終導(dǎo)致拼焊板的成形質(zhì)量下降，甚至報(bào)廢。 凹模截面尺寸對(duì)于拉深成形也有較大的影響，如果凹模截面尺寸過小，材料不易流入模腔，容易產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。 2.2.2 壓邊圈 在 拼焊板桶形件的成形過程， 不同壓邊圈對(duì)拼焊板桶形件成形性能的影響較 大 。壓邊圈與板料接觸在沖壓過程中影響薄側(cè)板料獲得的壓邊力，在拉深過程中 薄側(cè)的材料若沒有獲得一致的壓 邊力，將在流入過程中不被壓緊，導(dǎo)致材料壓應(yīng)變過大而產(chǎn)生起皺 15。 2.2.3 壓邊力 在沖壓成形過程中，壓邊力是主要是用來增加材料中的拉應(yīng)力，控制材料流動(dòng)的，是影響沖壓件成形質(zhì)量的重要工藝參數(shù) 16。合理的壓邊力可以在保證質(zhì)量的前提下改善材料的成形極限。壓邊力是影響沖壓件起皺、破裂和焊縫移動(dòng) 的 主要因素，主要表現(xiàn)在： （ 1） 通過對(duì)板料施加法向壓力和切向摩擦力來控制板料的流動(dòng)，使材料產(chǎn)生充分的塑性變形，提高零件的剛度； （ 2） 防止和減小法蘭部分的起皺。一般來說壓邊力過小，無法有效地控制材料的流動(dòng)，板料容 易出現(xiàn)起皺缺陷；壓邊力過大，雖然可以避免起皺，但 破裂 的趨勢(shì)會(huì)明顯的增加，同時(shí)，模具和板料液容易產(chǎn)生表面劃傷，影響模具壽命 17。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁(yè) 共 42 頁(yè) （ 3） 在拼焊板厚薄兩側(cè)設(shè)置不同的壓邊力可以改變板材的流動(dòng)阻力，從而使拼焊板的焊縫移動(dòng)得以控制。 2.2.4 焊縫位置 在分析焊縫位置對(duì)成形的影響時(shí)，一般考慮薄側(cè)板料和厚側(cè)板料所占的比例，這就涉及到了焊縫位置，即焊縫位于拼焊板的具體位置。 大量研究表明，拼焊板相對(duì)于普通光板來說成形要困難的多， 這種成形困難主要反映在以焊縫為分界線的兩側(cè)材料變形的不均勻和不協(xié)調(diào) ，材料變形的不均勻 與不 協(xié)調(diào)又主要 反映在成形過程中及成形結(jié)束后焊縫 的移動(dòng)上。焊縫的移動(dòng)不但影響成形零件的質(zhì)量，而且還會(huì)導(dǎo)致成形難以 進(jìn)行 18。 焊縫處在不同的位置的移動(dòng)情況關(guān)系到成形能否順利進(jìn)行下去，研究表明焊縫處在不同位置焊縫的移動(dòng)情況也是不一樣的。所以，研究拼焊板焊縫處于不同位置時(shí)對(duì)拼焊板沖壓成形帶來的影響是十分必要的。 2.2.5 板厚比 拼焊板的顯著特點(diǎn)之一就是用于拼焊的板料間存在著一定的厚度差，通常我們用板厚比（ t1/t2）來表示。由于板料各部份的成形抗力不同，導(dǎo)致板厚差對(duì)拼焊板的成形有著很大的影響，板厚比不同， 拼焊板的沖壓成形性能也會(huì)不同。 S.M.Chan等人通過雙軸拉伸和單軸拉伸等一系列簡(jiǎn)單拉伸研究了不同板厚比對(duì)拼焊板成形極限 響，發(fā)現(xiàn)板厚比越大，拼焊板的成形性能越差；板厚比越小，成形極限水平越高，但拼焊板的成形極限低于其基板的成形極限，即拼焊板的成形能力低于基板的成形能力 19。這表明：拼焊板的板厚比對(duì)其成形能力產(chǎn)生很大的影響，板厚比越小，成形性能越高 ；板厚比越大，成形性能越差。 2.3 拼焊板 圓桶形件 沖壓成形的常見 缺陷 拼焊板 圓桶形件 沖壓成形的常見 缺陷 除了通常的回彈等，主要是 起皺、破裂及焊縫移動(dòng)。 2.3.1 起皺與 破裂 影響圓 桶 形件拉深過程順利進(jìn)行的兩個(gè)主要障礙是凸緣起皺和 桶壁 的 破裂 。 起皺主要是由于凸緣切向壓應(yīng)力超過了板材臨界壓應(yīng)力所引起的，與壓桿失穩(wěn)類似（圖 2.5）。凸緣起皺不僅取決于切向壓應(yīng)力的大小，而且取決于凸緣的相對(duì)厚度 20。 拉深時(shí)產(chǎn)生破裂的原因，是 桶 壁總拉應(yīng)力 F 增大，超過了 桶 壁最薄弱處（即 桶壁的底部轉(zhuǎn)角處）的材料強(qiáng)度時(shí)，拉深件產(chǎn)生破裂（圖 2.6），所以此處的承載能力的 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁(yè) 共 42 頁(yè) 大小是決定拉深成形能 否 順利進(jìn)行的關(guān)鍵。 圖 2.5 拉深時(shí)毛坯的起皺現(xiàn)象 圖 2.6 拉深時(shí)毛坯的破裂 由前面成形毛坯的應(yīng)力、應(yīng)變分析可知，圓桶形件拉深變形的特點(diǎn)是毛坯變形區(qū)在拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，在切向壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生壓縮變形，而在變形區(qū)上絕對(duì)值最大的主應(yīng)力是壓應(yīng)力，因此拉深變形屬于壓縮類變形。壓縮類變形的破壞形式主要是傳力區(qū)（桶壁）受拉失穩(wěn)破裂和變形區(qū)（凸緣）受壓失穩(wěn)起皺 21。所以提高圓桶形件拉深中的成形極限的措施是： （ 1） 防止失穩(wěn)起皺：如在拉深中采用壓邊裝置，是常用的防皺措施。設(shè)計(jì)具有較高抗失穩(wěn)能力的中間半成品形狀，以及采用厚向異性指數(shù) r 大的材料等，都有利于提高圓桶形件的成形極限。 （ 2） 防止傳力區(qū) (桶壁 )破裂：通常是在降低凸緣變形區(qū)變形抗力摩擦阻力時(shí)，同時(shí)提高傳力區(qū)的承載能力即使傳力區(qū)承載能力和變形區(qū)變形抗力的比值得到提高。采用屈強(qiáng)比低的材料，以實(shí)現(xiàn)“承載能力高，變形抗力低”易于成形的目的。通過建立不同的溫度條件而改變傳力區(qū)和變形區(qū)的強(qiáng)度性能的拉深方法，亦可提高拉深成形的極限變形程度 22。 2.3.2 焊縫的移動(dòng) 拼焊板的焊縫的不均勻移動(dòng)是拼焊板的成形的主要缺陷之一，過大的焊縫移動(dòng)量不但會(huì)影響零件的 質(zhì)量和精度，甚至導(dǎo)致零件報(bào)廢 23。這一點(diǎn)在差厚拼焊板的成形中顯得尤為明顯，如圖 2.7所示。 起皺 破裂 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁(yè) 共 42 頁(yè) 圖 2.7 拼焊板成形過程中焊縫的移動(dòng) 研究表明，拼焊板成形相對(duì)于普通板料來說要困難的多，這種成形困難主要在成形過程中及成形結(jié)束后焊縫的移動(dòng)上。焊縫移動(dòng)的實(shí)質(zhì)是板料的不均勻變形，即由拼焊板沖壓成形過程中厚薄兩側(cè)應(yīng)力、應(yīng)變不均勻引起的。若以拼焊板薄側(cè)母材變形后的長(zhǎng)度1l表示焊縫移動(dòng)量，根據(jù) 2.1.1中拼焊板單向拉伸應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系分析，由式（ 2.1）（ 2.4）可以推 導(dǎo)出 拼焊板的焊縫移動(dòng)量計(jì)算公式為： 11221 2 2 211e x p l n ( ) ( l n l n )nKtl L L l LKt （ 2.6） 式中： 應(yīng)變 L 初始總長(zhǎng)度 K 母材強(qiáng)度系數(shù) n 應(yīng)變硬化指數(shù) 2L 厚側(cè)材料初始長(zhǎng)度 2l 厚側(cè)材料變形后長(zhǎng) 度 1 薄側(cè)側(cè)母材 2 薄側(cè)母材 由式（ 2.6）可以得出，焊縫移動(dòng)量受母材材料強(qiáng)度系數(shù)比（21/KK）、厚度比（21/tt）以及初始焊縫位置（2L）等多重因素的影響。強(qiáng)度比、厚度比增大或2L減小（焊縫初始位置偏向厚側(cè)母材）均會(huì)造成焊縫移動(dòng)量增大。焊縫的移動(dòng)不但影響成形零件的 質(zhì)量，而且還會(huì)導(dǎo)致成形難以進(jìn)行。因此， 在差厚拼焊板拉延過程中，必須對(duì)普通工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，以有效解決這些問題 24。 考慮到各個(gè)方法的具體可操作性，本課題對(duì)于拼焊板桶形件拉深成形的數(shù)值模擬試驗(yàn)，決定采用階梯式壓邊圈方法來防止起皺和開裂。使用壓邊力控制法來控制焊縫的移動(dòng)。 焊縫移動(dòng)區(qū)域 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 14 頁(yè) 共 42 頁(yè) 3 拼焊板桶形件有限元建模 方法 本課題 選 用非線性有限元理論和板金成形非線性有限元分析軟件 DYNAFORM 對(duì)拼焊板桶形件的加工方法 拉深成形過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。通過計(jì)算，可以觀察 板料 在拉深成形過程中的變形狀態(tài)、應(yīng)力應(yīng)變分布和壁厚變化， 預(yù)知可能在何處出現(xiàn)起皺、變薄和開裂等現(xiàn)象，并通過修改必要的參數(shù)來防止上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終獲得動(dòng)態(tài)模擬所需的部分工藝參數(shù)，例如壓邊力、模具圓角半徑等，以保證實(shí)際生產(chǎn)的可靠性。 3.1 CAE仿真軟件的簡(jiǎn)介及選取 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和有限元技術(shù)的日趨成熟， 基于 CAE 仿真分析金屬塑性成形過程中的變形規(guī)律在實(shí)際生產(chǎn)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用 25。 CAE 技術(shù)的應(yīng)用大大縮短了模具和新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了成本，提高了企業(yè)的市場(chǎng)爭(zhēng)力，從而推動(dòng)現(xiàn)代制造業(yè)快速發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的板成形分析軟件主要有以下 幾種。 （ 1） AutoForm 是由 Autoform Engineering 公司開發(fā)的，它是一款采用靜態(tài)隱式算法求解和全拉格朗日理論的彈塑性有限元分析軟件，主要包括一步法模塊、增量法模塊、模具設(shè)計(jì)模塊以及優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，其增量法求解模塊可以精確的模擬板料沖壓成形過程。 （ 2） SheetForm 是由北京航空航天大學(xué)與中國(guó)第一汽車集團(tuán)公司合作開發(fā)的沖壓成形模擬分析系統(tǒng)軟件，由四個(gè)模塊組成，網(wǎng)格剖分、前置處理、分析計(jì)算和后置處理，可以預(yù)測(cè)板料的起皺和破裂，確定毛坯形狀與尺寸，進(jìn)行回彈計(jì)算 26。 （ 3） PAM-Stamp 是 ESI 集團(tuán)公司于 1992 年正式推出的板成形分析軟件，主要功能模塊包括對(duì)模面與工藝補(bǔ)充面進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的 PAM-DIEMAKER，為研究工件而進(jìn)行快速評(píng)估的工具 PAM-QUIKSTAM 以及驗(yàn)證成形工藝和沖壓件質(zhì)量的 PAM-AUTOSTAMP。PAM-Stamp 所有的模塊都集成在統(tǒng)一的操作環(huán)境中，模塊間可以交互操作，并以完全一致的方式共享 CAD 資料。 （ 4） DYNAFORM 是由美國(guó) ETA公司和 LSTC 公司聯(lián)合開發(fā)的用于板成形模擬的專用軟件包，可以幫助模具設(shè)計(jì)人員顯著減少模具開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間及試模周期，不但具 有良好的易用性，而且包括大量的智能化自動(dòng)工具，可方便地求解各類板成形問題。DYNAFORM可以預(yù)測(cè)成形過程中板料的裂紋、起皺、減薄、劃痕、回彈，評(píng)估板料的成形性能，從而為板料成形工藝及模具設(shè)計(jì)提供幫助； DYNAFORM專門用于工藝及模具設(shè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁(yè) 共 42 頁(yè) 計(jì)涉及的復(fù)雜板成形問題； DYNAFORM包括板成形分析所需的與 CAD 軟件的接口、前后處理、分析求解等所有功能。 本文選用 DYNAFORM來對(duì)拼焊板 桶形件 的沖壓成形進(jìn)行仿真研究，因?yàn)?DYNAFORM作為板料沖壓成形的專用軟件，和其他幾個(gè)比較流行的軟件相比，無論在易操作性、前處 理、后處理和模擬的準(zhǔn)確性上都具有很大的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 : （ a） DYNAFORM具有功能豐富的前處理器。它具有強(qiáng)大的圖形文件導(dǎo)入功能，能夠方便而無數(shù)據(jù)丟失地讀入 IGES格式文件以及 UG、 Pro-E、 CATIA等主流 CAD軟的圖形文件，同時(shí)用戶也可以在 DYNAFORM中很方便地創(chuàng)建點(diǎn)、線、面等幾何模型 （ b） DYNAFORM的求解器采用了業(yè)界非常著名的非線性動(dòng)力顯式有限元軟Ls-dyna。 Ls-dyna是采用顯隱結(jié)合的算法進(jìn)行板料成形模擬的最具有代表性的軟件，計(jì)算穩(wěn)定，效率高，模擬結(jié)果準(zhǔn)確性很好。 雖然 Ls-dyna也能夠進(jìn)行仿真，但是其材料庫(kù)相對(duì) DYAFORM而言就有一些欠缺，軟件的易操作性也較差。 （ c） DYNAFORM具有強(qiáng)大的后處理功能。 eta-Post是 ETA公司開發(fā)的一款專門對(duì)DYNAFORM的后處理軟件，它可以方便用戶直觀地得到求解結(jié)果。在 eta-Post中增加的GRAPH模塊中，用戶可以利用曲線圖表功能來顯示拉深過程中各種參數(shù)隨間變化的曲線。 3.2 板料 成形有限元數(shù)值模擬過程 3.2.1 仿真步驟 對(duì)拼焊板沖壓成形進(jìn)行仿真，主要包括兩個(gè)步驟： （ 1） 建立拼焊板及沖壓模具的 CAD模 型，可以用 DYNAFORM的前處理功能直接建立，也可以用 3D 軟件（如 UG、 Pro/E、 CATIA 等）建立拼焊板與模具的曲面模型，再以一定的數(shù)據(jù)格式（如 IGES等）將零件導(dǎo)入仿真軟件。 （ 2） 在建立好的 CAD 模型的基礎(chǔ)上建立有限元模型，進(jìn)行有限元的前處理、有限元分析和仿真結(jié)果分析。在 DYNAFORM 對(duì)拼焊板成形過程有限元仿真的具體操作步驟如圖 3.1所示。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁(yè) 共 42 頁(yè) 用 P r o / E 建 立 拼 焊 板 桶 形 板 料 及 模 具 的 幾 何 模 型以 I G E S 格 式 將 零 件 模 型 導(dǎo) 入 D Y N A F O R M編 輯 ， 修 剪 模 具模 具 有 限 元 網(wǎng) 格 劃 分 （ 毛 坯 除 外 ）模 具 網(wǎng) 格 檢 查 及 修 補(bǔ)劃 分 毛 坯 網(wǎng) 格 ( 如 自 適 應(yīng) 網(wǎng) 格 劃 分 )定 義 材 料 屬 性 ， 選 擇 材 料 模 型 （ 低 碳 鋼 ）建 立 焊 縫 模 型 （ 采 用 剛 性 連 接 ）設(shè) 置 成 形 參 數(shù) ( 沖 壓 速 度 、 凸 模 行 程 ， 壓 邊 力 )定 義 成 形 工 具 （ 凹 模 、 凸 模 、 壓 邊 圈 、 板 料 ）求 解 器 仿 真 計(jì) 算成 形 極 限 圖 （ F L D ）應(yīng) 力 應(yīng) 變 、 厚 度 分 析焊 縫 偏 移 設(shè) 計(jì) 結(jié) 果 是 否 滿 意后處理前處理不 滿 意滿 意開 始結(jié) 束修改幾何模型或成形參數(shù)圖 3.1 在 DYNAFORM中對(duì)拼焊板沖壓成形仿真流程圖 3.2.2 模具和毛坯的 CAD 建模 由于板料表面的厚度差、母材承載能力差異和焊縫及其熱影響區(qū)的硬化作用 ， 出現(xiàn)了拉延整板時(shí)會(huì)發(fā)生的新問題 ， 主要表現(xiàn)在以下 兩 方面 ： （ 1） 由于板料厚度差的存在 ， 在壓邊圈壓邊和凸凹模合模過程中 ， 薄側(cè)的材料 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 17 頁(yè) 共 42 頁(yè) 將不能獲得一致的壓邊力 ， 在流入過程中不被壓緊 ， 材料壓應(yīng)變過大而產(chǎn)生起皺。 （ 2） 由于薄厚兩側(cè)母材的承載能力不一樣 ， 將導(dǎo)致拉 深 過程中材料流入和焊縫兩側(cè)材料變形不均勻 ,產(chǎn)生焊縫移動(dòng) ， 加劇薄側(cè)材料的應(yīng)變集中 ， 從而降低整塊板料的成形性能 。 因此 ，我們需要選擇合適的模具來解決這些問題， 圖 3.2是差厚激光拼焊板 的 示意圖 ， 普通拉 延工藝導(dǎo)致法蘭面上和凸模區(qū)域的薄側(cè)材料都發(fā)生起皺 ， 因此 ， 必須對(duì)凸模和壓邊圈進(jìn)行改造 ， 才能使得板料在拉延時(shí)內(nèi)表面被充分壓緊 。 此時(shí)凹模與無厚度差的外表面相接觸 ， 無需改造 。 對(duì)于凸模 ， 一般將其改造成階梯式 (如 圖 3.3所示 )，以使得凸模表面與板料表面充分接觸 ， 從而獲得一致的凸模壓力 ， 消除凸模區(qū)域的薄側(cè)材料起皺 27。 圖 3.2 差厚 激光 拼焊板示意圖 圖 3.3 階梯式凸模示意圖 為了 使得差厚拼焊板料能夠與模具充分接觸 ，我們可選擇 將壓邊圈和凸模改造成階梯式或 分塊 式 。 但分塊式的制造成本較高，因而，本文選用階梯式 。由于焊縫在法蘭面上一般向薄側(cè)移動(dòng)，階梯式壓邊圈設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這一移動(dòng)量，因此在壓邊圈階梯和焊縫之間留一適當(dāng)間隙，以預(yù)防焊縫移動(dòng)時(shí)由于厚側(cè)材料被階梯阻擋而導(dǎo)致薄側(cè)材料 破裂 。本課題確定該間隙為 2mm。 （ 1） 凸模、凹模的幾何模型 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 18 頁(yè) 共 42 頁(yè) 為研究拼焊板的成形規(guī)律，先要建立幾何模型，本文選用 Pro/E 對(duì)其進(jìn)行建模，然后以 IGES 數(shù)據(jù)格式保存并導(dǎo)入仿真軟件 DYNAFORM，其凸模、凹模的模型如圖3.2 所示，其中凸模截面尺寸為 56.8mm R7mm，凹模截面尺寸為 100mm 60mm R8mm。 (a) 凸模 (b) 凹模 圖 3.4 拼焊板 桶形件沖壓模具幾何模型圖 （ 2） 板材的幾何模型 本文仿真所采用的拼焊板是由兩塊板材焊接而成的，建模的時(shí)候也是先分別建立兩塊板材，然后再焊接在一起。 （ 3） 壓邊圈的幾何模型 拼焊板沖壓成形過程中存在著一個(gè)非常大的 缺陷 焊縫移動(dòng)，為了有效改善這一缺陷，一些學(xué)者對(duì)壓邊圈的形狀進(jìn)行了改造，通