基于CADCAE的方盒件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引言.11.1选题的背景及意义.11.2基于CAD/CAE的冲压成型过程研究与应用.11.3主要研究目标及内容.21.4论文的组织结构.32方盒形件拉深成形的理论分析.42.1方盒形件拉深特点.42.2方盒形件拉深缺陷.53基于有限元的板料成形仿真建模.73.1板料成形有限元数值模拟基本理论.73.1.1弹塑性有限元理论.73.1.2板料成形数值模拟关键技术.73.2DYNAFORM软件概述.83.3基于DYNAFORM的方盒件冲压成形模拟的流程.93.4方盒件成形仿真.103.4.1模型的建立.103.4.2前处理.113.4.3后处理.154方盒形件拉深成形的模拟分析.164.1不同凸模圆角半径下变形特点的分析.164.2不同凹模圆角半径下变形特点的分析.184.3不同凸模行程下变形特点的分析.214.4不同压边力下变形特点的分析.244.5不同材料下变形特点的分析.264.6根据分析结果设计优化方案.294.7小结.30结束语.32致谢.34参考文献.35本科毕业设计说明书（论文）第1页共36页1引言1.1选题的背景及意义冲压是通过模具对板材施加压力或拉力，使板材塑性成形，有时对板料施加剪切力而使板材分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的一种零件加工方法1。近年来，冲压成形工艺有很多新的进展，特别是精密冲裁、精密成形、精密剪切、复合材料成形、软模成形以及电磁成形等新工艺日新月异，冲压件的成形精度更加精确，生产力也得到了提高。前几年的精密冲压主要指对平板零件进行精密冲裁，而现在，除了精密冲裁外还可兼有精密弯曲，精密拉伸，压印等，可以进行复杂零件的立体精密成形2。由于引入了计算机辅助工程（CAE），冲压成形已从原来对应力应变进行实际冲压试验分析而逐步发展到采用计算机进行工艺过程的模拟与分析，以实现冲压过程的优化设计。随着冲压成形工艺的不断发展，冲压CAE技术水平的不断提高，软件使用者经验及相关数据的不断积累，它在缩短产品及模具的开发周期，降低开发成本、提高产品及模具质量等方面将发挥越来越重要的作用3。此外，对冲压成形性能和成形极限的研究、冲压件成形难度的判断以及成形预报等技术的发展，均标志着冲压成形已从原来的经验、实验分析阶段开始走上由冲压理论指导的科学阶段，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路4。本课题首先选取了简单的非轴对称件方盒形件作为研究起点，针对智能数控冲压机床对压边力控制的要求，借助CAD/CAE手段通过改变法兰分区、速度大小、凸模行程、凸凹模圆角半径和压边力方式进行板料的成形性能的有限元分析仿真，探讨方盒件冲压成形工艺。1.2基于CAD/CAE的冲压成型过程研究与应用冲压工艺贯穿于冲压产品生产的全过程。冲压CAE技术是从冲压成型过程的实际物理规律出发，借助计算机真实地反映模具与板料的相互作用关系及板料实际变形的全过程，可以用来观察板料实际变形过程中发生的任一特定现象，或用来计算与板料实际变形过程有关的任一特定几何量或物理量。该技术的应用，提高了工艺分析能力和分析结果的准确性，为并行工程的实施提供了有力支持和保障，将传统产品设计过程的大循环缩短为创新CAE技术产品设计的小循环4。本科毕业设计说明书（论文）第2页共36页随着市场竞争的加剧，冲压CAE技术会得到更广泛的应用，同时也会得到自身功能的更好完善5。CAE技术在不断的发展，CAE软件的易用性及计算的准确性都在不断地提高，在产品开发中发挥的作用也越来越重要，但真正要把软件用好，还有不少困难需要克服：（1）理论计算与生产实际的偏差。在计算机中模拟的状态都是一种理想化的状态，而实际生产中，各种冲压条件不可能与计算机中的一模一样，摩擦条件的变化、不同批次材料参数的变化都会给冲压成型带来不一样的结果。因此不能苛求计算结果百分之百的准确。这需要在分析中预留一定的安全裕度，也需要分析人员在工作中不断总结经验，提高对仿真结果进行合理判断、解释的能力6。（2）产品成形性能是与具体的冲压工艺密切相关的，而进行产品开发时不可能给分析人员很多时间去做很多个工艺方案来进行分析。这就要求分析人员也要具备丰富的冲压工艺经验，能在最短的时间内做出最合理工艺的判断，并用这个最合理的工艺来做产品成形性能的分析。同时，CAE软件的模面构造(DFE)功能在处理复杂零件时还有一定的局限性，这也给产品成形性能的分析带来一定的困难7。（3）等效拉延筋。等效拉延筋的使用给模具方案的比较及工艺参数的修改带来了很大的方便，但提供的等效拉延筋的锁模力与实际拉延筋的大小如何对应仍然需要工艺人员去做大量的数据积累8。（4）回弹的分析与补偿。一是目前冲压CAE软件对回弹的计算都用的是静态隐式算法，回弹计算的精度仍然是个世界性的难题；二是软件本身不给出回弹补偿量的推荐，需要分析人员人为地去估计，并一次次地计算，以求得最佳结果，而且每次都要完整地走完一次成形分析流程，这往往需要很长的时间9。1.3主要研究目标及内容方盒形件由于属于非轴对称件，是研究复杂几何形状件的冲压成形工艺的基础。本课题首先选取了简单的非轴对称件方盒形件作为研究起点，针对智能数控冲压机床对压边力控制的要求，借助CAD/CAE手段通过改变法兰分区和压边力方式进行板料的成形性能的有限元分析仿真，探讨方盒件冲压成形工艺。本课题研究内容及研究问题归纳如下：(1)研究盒形件拉深成形的特点和成形机理，确定盒形件成形的力学分析模型；(2)分析方盒形件拉深过程中所产生的缺陷，确定影响成形质量的因素，并初步提解决方案；本科毕业设计说明书（论文）第3页共36页(3)板料成形的有限元数值模拟基本理论及Dynaform软件的数值模拟过程，制定研究盒形件成形工艺的具体仿真实验方案；(4)根据盒形件的成形机理确定仿真实验模具和板料参数，使用Pro/E进行CAD建模，运用Dynaform建立冲压模具、压边圈、板料的有限元模型，选定合适的试验参数。本论文将对仿真模型进行以下分析：(a)通过改变凸、凹模的圆角变化，确定其对拉深质量的影响。(b)在确定凸凹模圆角半径下进一步分析拉深深度的影响；(c)拉深过程施加不同的压边力，找出压边力对成形质量的影响特点，从而确定合适的合适的压边力大小；(d)调整凸模和凹模的间隙，分析凸、凹模间隙对成形质量的影响；(e)在板料不同材料下分析其对拉深质量的影响；(5)通过以上模拟分析，找出成形性好（无缺陷）同成形高度、材料参数和成形几何参数等成形参数的关系，然后进一步优化方盒冲压成形工艺。为实际生产节省大量的费用和时间，也为拉深工艺设计及模具设计提供重要的参考依据10。1.4论文的组织结构本论文各章节的内容安排如下：第1章简要介绍本课题研究的背景和意义，分析了国内冲压成形工艺的现状，确立课题的研究内容和目标，阐述了论文的结构安排。第2章介绍方盒件的特点以及成形过程中的主要缺陷及造成这些缺陷的主要因素。第3章在DYNAFOR