基于CADCAE的方盒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引言.11.2方盒件变压边力冲压成形的主要研究方向.21.2.1冲压成形工艺.21.2.2变压边力.21.2.3板料冲压成形CAE分析方法.31.3主要研究目标及内容.41.4论文的组织结构.52方盒件冲压成形工艺理论分析.72.1方盒件成形的拉深成形原理.72.2方盒形件变形特点.82.3方盒形件主要拉深失效形式.93方盒形件成形过程的变压边力分析与研究.123.1临界压边力影响因素分析.123.2板料成形安全区域研究.143.3变压边力中的控制曲线.153.4仿真与分析步骤.154基于CAD/CAE的方盒件变压边力冲压成形仿真与建模.174.1DYNAFORM软件概述.174.2基于CAD/CAE的方盒件模型建立.184.3方盒件冲压工艺模拟与分析前处理.194.4方盒件冲压工艺模拟与后处理分析.214.5不同压边力控制曲线仿真结果及分析.224.6同一压边力不同控制曲线结果分析.294.7小结.32结束语.33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绪论1.1引言拉深是板料冲压成形中的主要成形方式,在汽车、航空航天、石油化工等诸多等领域均有广泛的应用。例如,汽车车身覆盖件、大油罐等的成形均采用拉深工艺。然而,如何保证板料塑性成形零件的质量,降低废品率,减少模具的返工,缩短模具设计周期,一直是板料塑性成形领域的一大难点。板料成形过程包括了非常复杂的物理现象,涉及力学中的三大非线性问题:几何非线性、物理非线形和边界非线性1。因此,难以用传统的弹塑性理论的解析法进行研究。利用传统的方法进行冲压件工艺分析时，为了避免材料成形过程中出现断裂、起皱、颈缩等不良影响，必须反复修改成形加工的某些参数或修改模具形状，使得工艺过程耗资大、产品开发周期长，已不能适应激烈的场竞争和现代工业的发展要求。随着计算机技术的迅速发展及有限元方法的成熟,特别是商用有限元软件的不断完善,促进了板料成形中数值模拟技术的发展。该技术减少了试模过程,缩短了产品开发周期,降低了成本，对提高制成品的制成质量提供了良好的保障。方盒形件广泛应用于电子部件和汽车部件中，如电池盒、半导体盒和汽车反光镜、汽车油箱等。在实际生产中拉深件多为非轴对称形状，而方盒形件是典型的非轴对称形的拉深件，在方盒形件拉深过程中材料的变形较为复杂，因此以方盒形件为研究对象对拉深工艺作进一步的探讨更具有实际意义2。传统的压力机在冲压过程中压边力一般为恒定值，这制约了材料的成形性能，也影响了冲压件的尺寸精度和稳定性。为了获得更好的成形质量，变压边力控制曲线对成形性能的影响和变压边力预测成为目前冲压技术研究的关键技术之一。因此，选用非轴对称件方盒件，借助CAE对不同类型压边力控制曲线的板料成型性能的仿真，寻找合适的压边力控制曲线，将弹塑性力学理论和人工智能技术结合起来，提出预测板料拉伸过程中压边力控制曲线的办法，大幅度减少设计和试验的工作量，降低成本费用，提高板料的成形性能，最终奠定对复杂形状冲压件压边力的智能预测研究的基础，对智能数控冲压机床的研究和设计都具有重要的现实意义。本课题针对方盒件冲压成形对压边力控制的要求，采用变压边力方式，首先选取了简单的非轴对称件方盒形件作为研究起点，借助CAD/CAE手段通过对不同类型压边力控制曲线的板料成形性能仿真，寻找合适的压边力控制曲线，探讨方盒件冲压本科毕业设计说明书（论文）第2页共36页成形工艺。1.2方盒件变压边力冲压成形的主要研究方向盒形件是金属薄板拉深成形中较为典型的冲压件，其变形规律具有一定的典型性，研究这类件的成形规律，不仅对这类件成形工艺参数和工艺步骤的确定是至关重要的，同时也是进一步认识复杂件成形规律的基础。因此国内外对此展开了大量的研究。主要集中在冲压成形工艺、变压边力和板料冲压成形CAE分析方法等方向上。1.2.1冲压成形工艺板料成形加工是金属加工的一种重要工艺方法，它不仅生产效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善金属材料的力学性能和组织，因而在国民经济中得到了极为广泛的应用，特别是在航空、宇航、汽车、造船、电器、五金等工业部门。板料冲压成形的方式有很多，通常可用四种基本变形方式来认识，即膨胀、拉延、伸长类翻边以及弯曲变形板料冲压成形的方式有很多，通常可用四种基本变形方式来认识，即膨胀、拉延、伸长类翻边以及弯曲变形3。一般来说，板料成形性能依赖于压力、拉力、拉伸速率、温度这些与金属抗伸长断裂有关的因素，金属材料的尺寸、形状、第二相微粒的分布状况等对其性能影响也很大4。冲压是一种高效率的生产方式，适用于大批量的生产，其材料的成本占生产成本的60%80%，材料利用率的高低主要取决于排样方案的优劣。根据不同的加工工艺与加工方式，有普通单排、普通双排、对头单排、双头双排4种排样方式可供选择。在金属材料成形中，材料的成形过程受到材料的参数，工艺参数，材料尺寸等诸多因素的影响，其中材料参数主要包括材料的抗疲劳强度，屈顺强度，应变硬化指数，各向异性指数等。工艺方面参数主要是指冲压速度，压边力的大小和分布，成形润滑情况等等5,6。1.2.2变压边力变压边力技术研究的关键在于：如何在保证成形质量前提下改善材料的成形极限。变压边力可以分为随时间变化的变压边力、随位置变化的变压边力、随时间和位置综合变化的变压边力。(1)随时间变化的变压边力对成形性能的影响：随时间变化的变化的变压边力是指在薄板成形过程中，在压边圈采用整体压边圈的前提下，压边力仅随凸模行程变化的变压边力，采用这种压边力可以有效改善材料的成形性能。本科毕业设计说明书（论文）第3页共36页意大利的巴勒莫大学的L.Fratini和F.Micari进行了大量的模拟和实验，对不同材料和拉深比的轴对称件在不同压边力变化方式下进行成形性能研究，得出选择恰当的渐增的压边力变化方式可以使拉深深度最大的结论。新加坡的S.Thiruvarudchelvan以铝板、铜板杯形件拉深为例，分析了压边力与冲压力成正比（约34）拉深过程，在实验的基础上得出采用变压边力形式将有利于提高圆筒形件的成形质量，降低了拉延开始时的拉裂危险性，消除起皱时所用的最大压边力比采用恒压边力所需最大压边力要小，并且杯壁部分的减薄量小于恒定压边力作用时的减薄量。Ahmetoglu等人对渐减式压边力曲线进行了进一步的实验研究，实验和有限元分析的结果表明，从较大的压边力逐步减少到仅能消除起皱的恒定压边力的变化曲线能显著减小法兰起皱的高度，并且可以避免较大的恒定压边力所造成的断裂。(2)随位置变化的变压边力对成形性能的影响：随位置变化的变压边力是指在薄板成形过程中,在冲压件的法兰区不同位置施加大小不同但恒定的压边力，采用这种变压边力控制技术,不仅可以提高薄板的成形性能,减少和消除成形过程中起皱和断裂等缺陷,而且能提高冲压件的尺寸精度和冲压过程的稳定性。(3)随时间和位置综合变化的变压边力对成形性能的影响：随时间和位置综合变化的变压边力是指在薄板成形过程中,在冲压件的不同位置施加大小不同的压边力。这种变压边力技术是综合随时间变化的变压边力技术和随位置变化的变压边力技术，其更能提升材料成形性能。特别是对非对称件，这种变压边力更能改善材料的成形极限和质量。目前,国内外对变压边力改善板料成形性能的内在机理仍不够十分了解，研究结果不能直接用于指导实际生产，同时，最佳变压边力的确定仍依赖于手工“试错”，并且缺乏有效的确定最佳变压边力优化设计方法。研究发现，通过数值模拟与正交优化的有效结合，对方盒件成形进行研