基于CADCAE的桶形件变压边力冲压成形工艺设计毕业论文.doc

本科毕业设计说明书（论文）第I页共页目录1绪论.11.1选题背景.11.2桶形件变压边力冲压成形国内外研究现状.21.2.1变压边力的加载模式.21.2.2变压边力的技术的实验研究.31.2.3变压边力的有限元数值模拟研究.31.3主要研究目标及内容.41.4论文的组织结构.42桶形件冲压成形工艺理论分析.52.1桶形件冲压过程及特点.52.2桶形件拉深工艺.72.3常见桶形件拉深缺陷.82.4影响桶形件成形的主要因素.83基于CAD/CAE变压边力分析理论及方法.103.1基于CAD/CAE变压边力分析.103.2仿真实验流程图.113.3仿真模型的建立.143.3.1模具CAD建模.143.3.2前处理步骤具体设计.153.3.3变压边力的加载模式及影响因素.174变压边力桶形件冲压仿真与分析.204.1变压边力曲线选择.204.2后处理分析方法简介.214.3不同变压边力加载方式下桶形件冲压仿真.224.4不同变压边力加载方式的冲压性能对比和分析.314.5小结.34结束语.36致谢.37参考文献.38本科毕业设计说明书（论文）第1页共39页1绪论1.1选题背景板料冲压成形作为金属塑性加工的基本方法之一，主要用于加工板料，因此又称为板料冲压。冲压是在常温下，利用冲压模在冲压设备上对板料或型材施加压力，使其产生塑性变形或分离，从而获得所需形状，尺寸和性能零件的一种压力加工方法。对于某些非金属材料，也可以采用冲压工艺制造零件。冲压加工可以提高生产效率高、可以改善材料内部的结构和缺陷、提高零件的机械性能、减轻零件重量更可以提高材料利用率，由于其独特的优势广而被广泛应用于航空航天、汽车、摩托车、电器开关、家电、农用机械、医疗器械等行业，在工业生产中占有不可替代的地位。近年来，随着板料成形理论的深入研究以及计算机信息技术、控制技术及自动化技术的快速发展，板料冲压技术也得到了前所未有的发展1。传统的生产方式与板料冲压技术相比有以下几个不同点：(1)传统的生产方式工艺流程较复杂工序较多生产效率低，冲压技术一般采用一次成形或者几次成形生产效率大幅提高，且操作简单，劳动强度低。(2)传统生产方式一般采用车铣刨磨的去除材料法原材料利用率不高而板料冷冲采用非去除材料法原材料利用率提高30%左右降低了生产成本。(3)板料冲压技术能满足更多复杂形状零件的生产要求，还能有效控制其加工精度满足生产要求。(4)板料冲压技术生产过程中的实时可控性较强，可以改变工艺系统中的冲压速度压边力等参数来达到生产要求。(5)冲压加工的尺寸精度是由模具保证的，因此尺寸稳定，互换性好。(6)废品破坏形式不同，板料冲压的主要报废形式是起皱和破裂。近年来，汽车工业在中国发展非常迅猛，汽车制造商要不断地采用新制造工艺来降低汽车制造成本，这使得冲压技术得到很好的发展机会得到了极大的推广。二十世纪八十年代以来，汽车覆盖件的拉深工艺和压力机已经取得了突破性的进展。以工作台内的液压拉深垫代替压边滑块，从而单动液压机代替了双动液压机，大大简化了液压机的结构，降低了设备投资，提高了劳动生产率和拉深件的质量，这对汽车覆盖件的生产具有重大意义。环保适当今世界的主题，较少原料、减轻车重、减少油耗的目标位冲压技术提供了很大的舞台。因此板冲压技术在汽车工业中得到了广泛的应用4。本科毕业设计说明书（论文）第2页共39页桶形件冲压在冲压成形技术中是十分典型的也是极具代表性的一种生产工艺方式，桶形件是板冲压中最基本的一种，是研究其他冲压形式的基础，因此本课题即以简单的轴对称零件桶形零件为研究对象进行基本的板冲压的模拟仿真，得出其主要的影响因素如压边力、冲压深度、冲压速度与模具间的摩擦等。通过运用Dynaform对某些条件进行假设通过控制变量法对桶形件进行简单的有限元仿真分析，找出其中的主要因素对桶形件冲压成形的影响，通过实验仿真比较得到优化的方案，并对各实验结果作出一定的解释。对桶形件成形过程中的一些工艺参数及其可行性进行讨论。1.2桶形件变压边力冲压成形国内外研究现状到目前为止，对桶形件成形技术的研究还不够充分，而且多数停留在试验的阶段，国内的姜银方、林忠钦、陈炜和郭伟刚等人对桶形件的冲压成形进行了较多的研究，但这些研究不但多是停留在实验的阶段，而且多是对成形性能和变形进行分析和研究，而对影响桶形件成形的另外一些因素的分析和研究很少。1.2.1变压边力的加载模式国外从20世纪80年代开始研究可调节边装置，直到现在一直处于改进和使用阶段，尚未在生产中普及开来，目前实际生产中应用的主要还是传统的压力方法2。一般讲，压边力控制曲线的加载模式有4种，分别为恒定压边力加载模式，典型的控制曲线加载模式还有增加模式，减小模式和混合模式。如图1.1所示。图1.1压边力的加载模式第一套可调控的压边力控制设备由Hardt等人设计的，用来得到恒定的单位压边力。单位压边力自始至终被保持在不起皱的最小值上防止破裂。随后Hardt又单独进行了独立的研究。他用冷轧钢板成形杯形件，做了大量的实验并通过一个PI控制器，利用反馈值控制给压力圈施力的伺服器，更可靠地达到控制拉深过程中压边力恒定的目的3。国外的许多学者对简单的桶形件，锥形件进行了研究，通过研究发现，适当的控本科毕业设计说明书（论文）第3页共39页制压边力在拉深加工中的数值，能够更好的控制制品成形的质量。但是上升曲线好还是下降曲线好目前尚未确定4。1.2.2变压边力的技术的实验研究国外对变压边力的控制研究相对于国内进行的比较早。20世纪90年代，变压力的研究成为一个热点。1993年德国斯图加特大学的K.Vsigrer等人在单动液压机上用4个液压缸在4个角点处施加压边力，建立了计算机数值控制多点压边力控制系统。接着他们提出了将压力圈分成几段的新的分段压力概念，在盒形件拉深成形时，将压力圈分成8个部分如图1.2所示，利用分别用法兰流入量和板材与压力圈及凹模之间的摩擦力来控制整个成形过程。虽然分段的压力圈结构更趋合理有效，但没有给出可行的压边力控制曲线Murrata和Matsui近期的研究结果表明使用分段力压圈的结构，即使角部和边上的HBF保持定长时，分段压力圈还是要比刚性的单片的压边圈所的到的产品的拉深深度要大。图1.2拉深模具压边圈的分段结构1.2.3变压边力的有限元数值模拟研究数值模拟技术作为CAE的关键技术之一，是金属塑性加工工艺设计和模具设计的主要辅助工具。过去10年里，板料成形的数值模拟技术突飞猛进，压边力的研究领域也逐步引进了有限元数值模拟技术。DYNAFORM是采用动态显示式算法，以LSDTNA为其解算器冲压CAE软件，能对高速非线性，大变形的冲压过程进行精确的模拟。该软件具有功能强大，操作简单，计算精确准确等特点。冲压CAE技术应用是让我们在产品设计的初期，对产品的成形性进行分析，及时发现产品设计中的缺陷，或者对不同的设计结构进行成形性的对比，作为结构设计部门对产品进行改进或方案确定的依据5。