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基于CADCAE的方盒件冲压成形工艺研究,基于,CADCAE,方盒,冲压,成形,工艺,研究
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南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：谢稳光学 号：0501510143设计(论文)题目：基于CAD/CAE的方盒件冲压成形工艺设计起 迄 日 期:2009年3 月 09 日 6 月 14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:张 卫专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009 年 2 月 26 日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 77142005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：基于有限元分析冲压成形工艺在板料成形特别是在复杂零件成形工艺中的重要作用。通过本课题旨在让学生了解基于有限元分析的冲压成形工艺的研究方法，并运用CAD、有限元软件对方盒件冲压成形过程进行数字建模与动态仿真，探讨方盒件冲压成形工艺，奠定研究复杂几何形状件的冲压成形工艺的基础。通过该课题可以培养学生解决实际问题的能力，提高学生综合应用能力和独立工作能力，为学生最终走向工作岗位打下基础。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：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原始数据：其中凹模截面尺寸102.2mm102.2mm，凸模截面尺寸100mm100mm，凹模圆角尺寸10mm，凸模圆角尺寸10mm，转角半径10mm，材料选取电镀锌热轧低碳钢ST07Zn，摩擦边界条件为0.12。技术要求：分别对压边力 P 为 90KN300KN，凸模行程 h 为 540 mm，凸、凹模圆角半径 rd为 5 20 mm 时等参数进行模拟，通过FLD图研究凹模圆角、凸模圆角、转角等工艺参数对方盒形件成形质量的影响，探讨方盒件冲压成形工艺。课题要求：（1）文献查阅有关板材冲压和有限元方面的资料（2）建立方盒形件凸凹模CAD模型；（3）对方盒件冲压成形过程借助Dynaform软件进行CAE有限元仿真分析；（4）总结方盒件冲压成形中压边力变化趋势；（5）按要求提供各种设计文档，并完成毕业论文。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1、方盒件CAD模型及有限元分析数据 2、毕业设计论文 4主要参考文献：1 姜奎华,杨裕国.冲压工艺与模具设计M.北京:机械工业出版社,1998.2 李硕本.冲压工艺学M.西安:西安工业大学出版社,1987.3 李硕本.冲压工艺理论与新技术M.北京:机械工业出版社,2002.4 王孝培.冲压手册M.北京:机械工业出版社,1990.5 郭景仪,陈炎嗣.冲压模具设计与制造M.北京:机械工业出版,1988.6 刘航.模具制造技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2006.7 成虹.冲压工艺与模具设计M.成都:电子科技大学出版社,2002.8 杨玉英.盒形件机理的探讨问题J.锻压技术,1989,(6):13-17.9齐文艺.盒形件法兰起皱临界压边力影响规律研究J.锻压技术,2008,33(2):52-54.10 鄂大辛.非回转对称拉深变形规律的研究M.中国机械工程,2002.11 王风琴.盒形件拉深智能化控制关键技术的研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2003.12 姜银方.基于变压边力的拼焊板方盒件成形失效分析J.金属热处理,2007,(32):290-293.13 黄冲,陈大军.冲压CDE软件在汽车开发中的应用J.装配制造技术,2007,(8):65-68.14 谢斌斌,丁国富,黎荣.基于Dynaform的覆盖件冲压成形性工艺分析J.冲模技术,2008,(35):14-16.15 徐国艳,施法中.有限元反向计算毛料形状J.塑性工程学报,2002,(2):43-45.毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年3月9 日 3 月29日3月30日 4 月12 日4月13日 4 月 27日4月28日 5 月 16日5月17日 5 月 31日6月 1 日 6 月 5 日完成外文资料翻译、文献综述和开题报告完成基于有限元分析的方盒件冲压成形工艺研究总体方案设计。借助CAD建立凸模、凹模及板料模型。 借助DYNAFORM软件对方盒件冲压成形过程进行CAE有限元仿真通过改变法兰分区和压边力方式对板料的成形性能进行研究，观察法兰分区和压边力的实际变化趋势。完成毕业论文，准备毕业答辩论文答辩所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部主任： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:谢稳光学 号：0501510143系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:基于CAD/CAE的方盒件冲压成形工艺指导教师:张卫高级工程师 材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月基于CAD/CAE方盒件变压边力冲压成形工艺设计,答辩人：谢稳光导师：张卫高级工程师,论文研究的主要内容,(1)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。(2)在DYNAFORM中建立方盒件冲压模具及板料的有限元模型。(3)利用DYNAFORM对影响方盒件冲压成形的关键因素压边力、冲压行程、凸凹模圆角半径和板料的不同材料进行模拟分析，总结出这些因素对成形的影响过程和控制方法，对方盒件冲压成形工艺参数的选择提供可靠依据。(4)总结所做课题,1论文选题的背景及意义,(1)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。(2)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、复合材料成形等新工艺，冲压件的成形精度更加精确，生产力也得到了提高。(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，使冲压成形走向计算机辅助工程化和智能化的发展道路。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，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。,2方盒形件拉深成形的理论分析,2.1方盒形件拉深特点方盒件属于非轴对称零件，与旋转体轴对称零件拉深比较，方盒件拉深时毛坯变形区的变形分布要复杂的多。它的拉深特点是：（1）凸缘变形区内径向拉应力的分布是不均匀的。它在圆角部分最大，在直边部分最小。（2）由于直边和圆角变形区内材料的受力情况不同，直边处材料向凹模流动的阻力要远小于圆角处，并且直边处材料的径向伸长变形小而圆角处材料的径向变形大，使变形区内两处材料的位移量亦不相同，直边处大于圆角处。（3）在毛坯外周边上，切向压应力的分布也是不均匀的。从角部到中间直边部位，压应力的数值逐渐减小。通常情况下，起皱都发生在角部。,2.2方盒形件拉深缺陷,方盒形件拉深主要出现的缺陷是拉裂和起皱(1)拉裂拉裂体现在板料的减薄量上，可以用最薄壁厚表示。零件拉裂容易出现的两个地方。1）是凸缘圆角处，主要原因是凹模的相对圆角半径过小；2）另一个是直壁与底部转角相切的“危险断面”处。（2）起皱起皱是盒形件拉深成形中的主要缺陷,起皱，简单来说就是由于切向压应力过大而使凸缘部分失稳造成的。通过仿真分析，起皱的有以下的因素：压边力的太小、凸、凹模的间隙太大、凹模圆角半径太大。而压边力是控制起皱的主要手段。,3基于有限元的板料成形仿真建模,3.1板料成形有限元数值模拟基本理论3.1.1弹塑性有限元理论金属塑性成形的有限元理论分为固体型塑性有限元法和流动型塑性有限元法。（1）固体型塑性有限元法包括小变形和大变形弹塑性有限元法。（2）流动型塑性有限元法包括刚塑性有限元法和粘塑性有限元法。研究板料成形过程主要采用弹塑性有限元法。3.1.2板料成形数值模拟关键技术板料成形数值模拟技术涉及到塑性力学、有限变形理论、有限元理论、板壳理论、计算数学、计算机辅助设计、计算机图形学和可视化技术等多方面的理论和技术，其中核心内容和关键技术如表3-1所示。,3.2DYNAFORM软件概述,DYNAFORM是由美国工程技术联合公司开发的一个基于LS-DYNA的板料成形模拟软件包。与其他的有限元分析软件相比，DYNAFROM软件有如下几个方面的技术特点：（1）DYNAFORM具有功能丰富的前处理器。它具有强大的图形文件导入功能，能够方便而无数据丢失地读入IGES格式文件以及UG、Pro-E、CATIA等主流CAD软件的图形文件.（2）DYNAFORM的求解器采用了业界非常著名的非线性动力显式有限元软件Ls-dyna。Ls-dyna计算稳定，效率高，模拟结果准确性很好。（3）DYNAFORM具有强大的后处理功能。（4）支持从个人机、工作站到巨型机的所有硬件平台。,3.3基于DYNAFORM的方盒件冲压成形模拟的流程,3.4方盒件成形仿真,（1）模型的建立用Pro-e建立凸模，凹模，压边圈，板料模型。根据工件尺寸利用Pro-e建立方盒形件的*.igs格式文件（2）前处理1）将*.igs数据导入DYNAFORM并对模型进行单元网格化处理。2）定义板料的材料与属性，模具间距。3）定义凸模的运动和压边力。4）对模型进行有限元计算。（3）后处理在仿真结束后，可以进入DYNAFORM的PostProcess的后处理环境，进行一系列后处理。,4方盒形件拉深成形的模拟分析,（1）方盒形件是薄板金属冲压中较难成形的一类零件，在其成形过程中的变形特点具有一定的典型意义，因此很有必要对其进行数值模拟。（2）在方盒形件拉深成形过程中，板材不同部位的受力状态、变形方式以及变形性质存在较大差异，材料的性能参数、模具几何参数和压边力等因素，都影响着方盒形件的成形规律和拉深性能。对方盒形件成形质量的产生影响的主要因素主要有压边力、凸模行程、凸、凹模圆角半径等工艺参数。,4.1不同凸模圆角半径下变形特点的分析,采用方案如下：1）凸、凹模的间隙为1.1mm，直壁转角10mm，凹模圆角10mm；2）材料参数如表3.4.1；3）压边力大小为P=230KN，拉深行程25mm，拉深速度2500mm/s。,4.1不同凸模圆角半径下变形特点的分析,拉裂,（a）凸模圆角半径6mm,(b)凸模的圆角半径20mm,结果分析：1）凸模半径在6mm时在圆角处出现拉裂的情况。在半径为20mm时成形的方盒件质量差。从起皱方面，各凸模圆角半径下的起皱情况大致相同。2）从拉深的薄厚图可见，当凸模圆角半径减小，板料的变薄越严重，主要变薄区分布在底面圆角的周围，造成圆角处的拉裂。凸模圆角半径对应力和应变的影响并不明显。(3)由上述分析可以知道，凸模圆角半径不能过小，根据理论计算应该在（11.6）r凹，所以凸模圆角半径在16mm左右最合适。,4.2不同凹模圆角半径下变形特点的分析,采用方案如下：1）凸、凹模的间隙为1.1mm，直壁转角10mm，凸模圆角10mm；2）材料参数如表3.4.1；3）压边力大小为P=230KN，拉深行程25mm，拉深速度2500mm/s。,4.2不同凹模圆角半径下变形特点的分析,起皱,(a)凹模圆角半径6mm,(b)凹模圆角半径20mm,结果分析：1）凹模圆角半径在20mm出现了起皱现象。在较大的圆角半径下，并没有出现拉裂的情况，但是起皱区域增大，在凸缘圆角处的起皱向直壁区域延伸。2）从成形FLD图看，在凹模圆角半径较小时产生严重的变薄，从而造成拉裂，说明由于凹模圆角半径过小使得，材料流进凹模时的阻力增加，变形增大，从应变应力变化可以看到这一点。3)由上述的分析可以知道，凹模圆角半径减小可以减少起皱，但是会造成拉裂的机率增加；增大圆角半径可以减少拉裂的可能，但是会加剧凸缘处的起皱。所以凹模圆角应该在616mm。,4.3不同凸模行程下变形特点的分析,采用方案如下：1）凸、凹模的间隙为1.1mm，直壁转角10mm，底边圆角10mm；2）材料参数如表3.4.1；3）压边力大小为P=230KN，拉深速度2500mm/s。,4.3不同凸模行程下变形特点的分析,起皱,(a)凸模行程10mm,(c)凸模行程35mm,结果分析：1）h=10mm时，厚薄变化都很小，应力和应变值不大，在法兰的边缘出现轻微的起皱现象，毛胚的大部分材料未被拉伸；h=20时，厚薄变化已很明显，应变和应力变化比10mm时大得多，直壁处成形较好，起皱区域减少，但在边缘处仍有部分毛胚处在没有拉深状态；h=25时，应变很应力开始趋于稳定，成形区域增加，而起皱区域较前者变化不大；h=30mm时，法兰区域减少明显，在凸缘圆角部分起皱加剧；h=35mm，直壁处的变薄加大，出现拉裂危险区，起皱区域加大，在凸缘圆角部分出现严重的起皱。,4.3不同凸模行程下变形特点的分析,2）随着拉深行程的加大，拉深的厚薄变化随之加大，这就使得在成形区域的拉裂机率加大，而在法兰曲和凸缘圆角处的起皱问题加剧。同时应变和应力的同时增大也说明了出现起皱和拉裂的可能性增加。从拉深的成形极限图可以看到，在拉深到35mm以后，在成形区的直壁位置就出现了拉裂的危险区，这说明了随之拉深行程的加大，材料流入成形区减少，使得在直壁区域出现迅速变薄的情况，造成拉裂的危险。所以理论的拉深行程为25mm，所以可以确定对200*200的毛胚，其最佳的拉深行程在2030mm。,4.4不同压边力下变形特点的分析,采用方案如下：1）凸、凹模的间隙为1.1mm，直壁转角10mm，底边圆角10mm；2）材料参数如表3.4.1；3）拉深深度25mm，拉深速度2500mm/s。,4.4不同压边力下变形特点的分析,(a)压边力P=180KN,(b)压边力P=300KN,结果分析：1）压边力的增大，最大变薄率不断增大，而最大变厚率却逐渐减少。2）当压边力P=90KN时，法兰变形区的等值线出现严重扭曲,说明法兰区起皱没有完全消除;P=210KN时，没有产生起皱现象，侧壁区等值线非常平滑，未见起皱和破裂等缺陷；P=300KN时，虽然法兰处毛坯向凹模处流动减少，但未见在此压力下出现起皱和破裂，所以在P=300KN时也可以保证产品的质量。由上述可知，压边力过大，则会增加危险断面处的拉应力，导致破裂或严重的变薄，太小则防皱效果不好。,4.5不同材料下变形特点的分析,采用方案如下：1）凸、凹模的间隙为1.1mm，直壁转角10mm，底边圆角10mm；2）材料参数如表3.4.1；3）拉深深度25mm，拉深速度2500mm/s，压边力为230KN。,4.5不同材料下变形特点的分析,(a)板料为中碳钢,(b)板料为高碳钢,(c)板料为铝合金,结果分析：当板料的材料为低碳钢时没有出现起皱和拉裂现象，但当设为中碳钢和高碳钢时它们都出现了起皱现象，其中以高碳钢起皱为最明显。当板料材料为铝合金时它出现了拉裂现象。所以材料为低碳钢时为最好。,4.6根据分析结果设计优化方案,从上面的实验数据分析知道，凹凸模间隙1.1mm，凹凸模的转角半径在816mm合适，在方案设计是选择凹凸模转角为10mm。最佳的拉深行程在2030mm间，为了得到在较大行程下的拉深方案，所以各方案的拉深行程为25mm。凸模圆角半径的增大使得变薄率减小，其合适的范围在816mm，凹模圆角半径的增大则使得变薄率减小，其合适范围在616mm。,4.6根据分析结果设计优化方案,方案1,方案2,方案3,方案4,在各方案中方案1在拉深过程中出现了拉裂危险区域，其他各方案的变薄率都在30%的质量要求范围内，变厚率在10%内，都符合成形的要求。通过成形极限FLD图，各方案的起皱变形看，方案4的起皱量最小，成形最好，而且变薄率和变厚率都较小，从这两点看，方案4较为合理的的优化方案。,4.7小结,主要从三个方面进行分析：1）拉深过程的控制参数，分别对在不同拉深深度、不同压边力下的成形状况进行对比分析，找到拉深过程中的相应变化规律。2）模具的几何因素，分别对不同的凸模圆角半径、凹模圆角半径、和凸、凹模转角半径进行分析，来寻找模具对盒形件的质量影响，为模具设计找到合理的几何参数。在仿真实验中可以得出凸模圆角半径过小时，冲压过程中出现了拉裂现象，当凸模圆角半径过大时，冲压成形的质量会变的很差；当凹模圆角过大时，在冲压成形过程中会出现起皱现象。3）对板料材料的不同来分析，像中碳钢，高碳钢等硬度高的材料冲压时会出现材料冲压不彻底，铝和金等材料冲压时会出现拉裂现象。所以要根据以上情况选择合理的材料。,结论,本文通过大量的仿真实验，通过改变压边力和凸模行程来提高成形质量和板料的成形极限，最终找出合理的拉深过程的工艺参数。本课题的主要工作成果如下：（1）根据板料成形原理，分析了方盒形件拉深工艺的过程特点、方盒形件成形的缺陷和成形机理。（2）利用Pro/E软件进行CAD建模。并通过IGS文件导入Dynaform中得到冲压成形实验中所需的凹模、凸模、板料和压边圈模型。（3）通过Dynaform的仿真实验，并记录实验中所得的数据，通过列出图表进行分析，归纳出压边力、材料、拉深行程、凸凹模的圆角半径等拉深成形中的影响因素对拉深成形质量的影响规律。（4）通过多次仿真实验，根据各因素在冲压成形过程中的影响规律，可以通过改变凸凹模圆角半径、凸模行程、冲压速度、压边力大小和板料材料来影响冲压成形的质量。,谢谢！, 南京理工大学泰州科技学院毕业设计说明书(论文)作 者:谢稳光学 号：0501510143系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化题 目:基于CAD/CAE的方盒件冲压成形工艺设计高级工程师张卫指导者： 评阅者： 2009 年 6 月毕业设计说明书（论文）中文摘要随着冲压加工技术的广泛应用，板料冲压工艺质量控制成为目前冲压技术研究的热点。起皱和断裂是板料成形过程中的主要失效形式，合理控制冲压成形过程中的各类参数，可以消除这些缺陷，提高成形性能。本文首先分析盒形件拉深机理,然后基于 DYNAFORM根据方盒形件的特点，建立了包括板料、凸模、凹模以及压边圈在内的三维有限元分析模型，对方盒形件的拉深成形过程进行有限元分析，分析了凸模行程、压边力大小、凹模圆角半径、凸模圆角半径、板料材料等各种参数变化后成形性能的不同，进而得到比较合理的工艺参数，有效的解决拉深过程中出现的拉裂、起皱等现象，优化冲压工艺设计。关键词 方盒形件 拉深工艺 有限元毕业设计说明书（论文）外文摘要Title The Metal Forming Technology Based on the Finite Element Analysis of Square Box AbstractAlong with forming technology is widely applied, the quality of forming warranty about the sheet metal has been becoming the focus of the forming technology.In general, the predominant failure modes in stamping of sheet metal parts are wrinkling and fracture. These defects may be eliminated by variable manipulating.In the frist part of the content, the mechanics of a forming square box part isanalyzed. And by using DYNAFORM, punch, die and holder pad are established to simulate the drawing process based on the characteristics of the square box part. The numerical simulation of forming process of the square box part is analyzed by finite-element software. A three-dimension finite-element model, which includes plate, Reasonable technology parameters are acquired by simulating with blank holder force, die with round-cornered, punch with round-cornered,and Sheet materials.It is showed that the numerical simulation result can provide an important reference for the design of die and drawing technology, Effective solution drawing appear in the process of fracturing, wrinkling and so on, stamping process planning optimization.Keywords square box part technology of drawing finite-element 南京理工大学泰州科技学院毕业设计说明书(论文)作 者:谢稳光学 号：0501510143系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化题 目:基于CAD/CAE的方盒件冲压成形工艺设计高级工程师张卫指导者： 评阅者： 2009 年 6 月毕业设计说明书（论文）中文摘要随着冲压加工技术的广泛应用，板料冲压工艺质量控制成为目前冲压技术研究的热点。起皱和断裂是板料成形过程中的主要失效形式，合理控制冲压成形过程中的各类参数，可以消除这些缺陷，提高成形性能。本文首先分析盒形件拉深机理,然后建立了包括板料、凸模、凹模以及压边圈在内的三维有限元分析模型，对方盒形件的拉深成形过程进行有限元分析，分析了凸模行程、压边力大小、凹模圆角半径、凸模圆角半径、板料材料等各种参数变化后成形性能的不同，进而得到比较合理的工艺参数，为拉深工艺设计及模具设计提供重要的参考依据，加快了设计速度。 关键词 方盒形件 拉深工艺 有限元毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Design of Square Box Force Stamping Technology Based on CAD/CAE AbstractAlong with stamping technology is widely applied, the quality gripe of stamping technology about the sheet metal has became the focus of the stamping technology.The primary failure modus in stamping of sheet metal parts are wrinkling and fracture. These defects may be eliminated by variable parameters and improve performance of forming. In the first part of the content, the mechanism of a drawing square box part is analyzed. And then, sheet metal、punch、die and holder pad of three-dimensional finite element analysis are established model are established. The drawing forming process of the square box part is analyzed by finite element software. Different forming performance is caused by variable parameters of punch stroke、BHF size、die fillet radius、punch fillet radius、material of sheet metal and so on is analyzed. It can get more reasonable process parameters. It can provide an important reference for the design of die and drawing technology and expedite designing pace.Keywords Square box part Technology of drawing Finite-element南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）评语学生姓名： 谢稳光 班级、学号： 0501510143 题 目：基于CAD/CAE的方盒件冲压成形工艺设计综合成绩： 指导者评语：该生通过本次毕业设计使用有限元方法对方盒件冲压的成形工艺进行了分析，使用Pro/E和Dynaform等手段通过改变凸模行程、压边力大小、凹模圆角半径、凸模圆角半径、转角半径、板料材料，进行方盒件的成形性能的有限元分析仿真，探讨了方盒件冲压成形工艺，达到了“（论文）任务书”的要求，具有一定的实用价值和创新性。该生具备较强的独立工作能力，工作态度认真，作风严谨。该论文内容较完整，论述基本正确，撰写语句较流畅，全文打印格式较规范，图表符合要求。但尚存在对科研资料查阅较少，理论探讨欠深入等问题。建议成绩评定为良好，同意该生提交答辩。 指导者(签字)： 2009 年 5 月 10 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械制造及自动化 姓 名： 谢稳光 学 号： 0501510143 外文出处: Journal of Materials Processing Technology，159(2005),418425. 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：该英文翻译经过几次修改后语句较通顺，较能正确表达原文的内容。这反映了该生通过本英文翻译基本掌握了科技文献的阅读方法和常用专业词汇的翻译方法，基本达到了外文资料翻译的目的。 签名： 2009 年 3 月 18 日附件1：外文资料翻译译文新型四分区锥形压边力摩擦辅助拉深的工艺摘要：本文提出了一种摩擦辅助拉深的新技术。金属压边圈设计可分为两层：一层为不动层，或称基层，由四个5锥角的平面组成；另一层为移动层，分为四个锥形部分。在适当的压边力下，这四个部分能通过一种专门设计的压紧工具匀速径向移动到模腔，这种压边装置的主要功能是利用板料和压边圈之间的在有效拉深方向上的摩擦力，就如在Maslennikov过程中利用的橡胶圈的功能。使用一个辅助的金属冲压器在拉深过程中在液压缸的帮助下提供一个恒定的拉深力来实现有效的拉深变形。所提出工艺的优缺特点主要研究拉深的机构和拉深条件的影响。虽然成功制造拉深比率为3.76的深杯状体已验证了当前技术的可行性，然而，提高拉深效率还需要进一步研究。关键词 金属板料成型 摩擦辅助拉深 拉深 分块压边圈1. 介绍在传统的拉深法中，第一阶段的拉深很难超过单位杯高度与直径比率为2.2的拉深比率极限。提出的提高变形极限的解决方案一般分为三类：改变需成型金属板的材料特性；改变应力状态；改变摩擦状态。基于这些基本解决方案，已提出了很多特殊工艺来提高拉深比率极限1-10。使用这些工艺，在材料流动应力可控制在材料极限强度以下时来获得巨大的塑性张力。在这些拉深工艺中，所谓的Maslennikov工艺11是一种特殊的方式，其巧妙的利用置于杯形件中的橡胶圈作为压力介质产生毛坯拉深变形。该过程属于上述的第三类方案，即改变摩擦的状态。不同于传统方法，该工艺利用毛坯板材和橡胶圈之间的摩擦力实现深拉深。由于该拉深方式是通过径向的压力实现的，就能避免凸模圆角部分的破裂。但是，对于薄板，凸缘部分仍然存在圆周破裂。这种破裂曾被认为是由于压力沿橡胶圈和毛坯12，13 的半径方向分布不均匀而产生的防滑点。Maslennikov工艺的另一个缺陷是，因为诱导摩擦力不足而导致高变形阻力毛坯不能拉深。此外，橡胶的使用寿命短，而拉深又要求有较高的压力。为了克服这些缺陷， Hassan et al 14 。提出了新的建议：用一个分为四部分的压边圈取代在Maslennikov工艺中使用的橡胶圈。该技术进行深拉深的可行性已被验证，但是，有一个关键点约束着该装置的应用。那就是由于凸模材料流入压边分区之间的空隙而产生起皱，如图1(a)所示。这个问题可以通过在这四个分区15之间的间隙中插入四小楔子得以解决。新的压边圈分为八个部分(四小楔子和四个拉深分区)取得了良好的效果。但是不幸的是，在使用薄板材的情况下，拉深部分和四个楔子的边缘部分由于局部过强的剪切力而出现裂痕，如图1(b)中所示。在目前的研究论文中最新提出，用一个分为四部分的双层锥形压边圈来消除局部褶皱和严重剪切变形区域这些不足。该论文细致探讨了变形机制和拉深条件的影响，并证实了现今深拉深技术的可行性。（a四分块压边圈下的局部起皱、b八分块压边圈下的局部剪切区）图1 原摩擦辅助拉深观察到的缺陷2. 四分区锥形压边圈的构造和拉深机制图2(a) 所示为上述锥形压边圈示意图。它由一个固定的底座和四个成5微斜锥形角的位面组成。拉深部分能匀速的在底座的锥形面上沿半径方向的滑动。四个滑配合的楔片被用来引导这些拉深部分在固定底座上的运动。理解拉深机制和压边圈的复合运动至关重要。拉深过程的第一步中，当两个端面分区在A方向上呈沿半径方向位移时，变形便开始了，如图2(b)所示。另外两个部分在B方向上反向进行复合运动，即与图2(b)中所示的拉深方向相反，向下和沿半径方向向外运动。因此，毛坯板材和模具在A方向上上升，而在B方向上，如图2(d)所示，毛坯板材和两个拉深部分并没有接触。此时，边缘有50%并不受制于压边圈。另一方面，A方向上的两个拉深部分不断上升至模具的开口处，两者与毛坯板材有轻微的接触，如图2(c)所示。A方向上产生的摩擦力迫使毛坯变形并移向模具的开口处，同时，B方向上的两个拉深部分产生一个反向的摩擦力使毛坯变形。所以，这种技术成功地消除了八个部分组成的压边圈带来的局部强烈剪切变形。然而，B方向上的毛坯边缘由于受到圆周压力作用而出现了褶皱。在第二步拉深中，B方向上的压边圈做沿半径方向换位转移，与此同时，在A方向上的两个拉深部分以于第一步中相似的方式做复合运动。因此，第一步中B方向上产生的褶皱被同时校正了。重复上述两个步骤，就能成功制造出深杯形件。图2 四分区锥形压边圈的组成和运动示意图3. 实验准备3.1. 测试设备图3是试验设备的主要组成部分的示意图。毛坯变形需要足够的压边力F1， 而冲压力F2主要起到提高杯形件尺寸准确性和帮助变形拉深的作用。合适的压边力F1由压力阀17控制，合适的冲力F2由压力阀16控制。拉深部件沿半径方向在0-2毫米范围内的位移运动由测微仪13和四个调整销11控制。压紧工具 5 应该在每次拉深操作后旋转90度来改变强制性半径方向替代运动的方向和毛坯与压边圈之间的压力。实验装置装配在一台水压机上。该水压机能轴向进行多范围速度的运动，并能产生最大为100kN的压力，而一台单独的泵所能产生的最大冲压力也只有10 kN。试验装置尺寸和最佳力度见表1。1拉深滑块,2液压缸,3,液压,4挤压垫,5压紧工具,6模具,7 毛坯,8锥形边压边圈,9压边基座,10冲头， 11调整销, 12弹簧, 13测微仪, 14模具, 15工作台,16压力阀,17减压阀。图3 拉深试验设备示意图;表1 工具尺寸和实验工况模具外径(mm)120内径(mm)32剖面半径(mm)3锥形压边圈外径(mm)116内径(mm)35侧偏量(mm)1径向速度(mm/s)0.2压边力(kN)40-100辅助拉深器直径(mm)30剖面半径(mm)2速度(mm/s)0.8冲压力(kN)1-53.2.实验材料和实验条件使用0.5毫米厚度的柔软的铝(Al-CO)制毛坯作为试验材料。表2中所列数据为单轴张力测试中得到的材料的属性常数F， n和r。当毛坯的直径分别为86和110时，拉深比率由2.87变为3.67。为了研究毛坯变形的情况，在毛坯表面预先标注出2毫米的同心圈，如图4(a)所示。其中，最小的圆直径为28毫米，最大的为80毫米。此外，还在毛坯表面标注出A， B， C三个沿半径的方向。在奇数/偶数次拉深时，部件分别在A/B方向上进行替换移动，而部件C和压边圈各部分的衔接边界重合。为了研究在杯侧壁的格栅的变形，在直径为110毫米的毛坯上标示出间隔为5毫米的同心圆和五条间隔为22.5 圆周角的半径，如图4(b)所示。45 和-45的半径方向与指示边界C重合，而零度方向为B方向，该方向上在偶数次拉深时受力变形。毛坯板材和压边圈之间干燥的摩擦有利于增加产生的摩擦力。不过，特氟隆影片(PTFE)被用作在毛坯板材和模具之间的固体润滑剂，来减小摩擦力。 （a） 拉深率2.87，板径86mm （b） 拉深率3.67，板径110 mm图4 板材上标明的圆形栅格和方向 表2 柔软的铝制毛坯的机械特性和尺寸F值(MPa)220n值0.27r值0.76厚度(mm)0.5毛坯直径(mm)86、1104. 结果讨论（略）5. 目前的深冲压技术的可行性图5、图6为已拉深杯形件；前者在50次拉深之后侧壁C方向（45方向）出现弧坑状缺陷。在制作过程中，C方向上板材的运动比B、A方向上的程度大，因此板材撞击到模具开口处的带扣而在冲压和模具相分离时产生凹陷。然而，这个凹陷是可以被消除的：每隔一次拉深，把毛坯板材就衔接边缘方向旋转45。这个简单的技术帮助制造出了64毫米高3.67比率的杯形件，如图14所示。这样的杯形件需要经过100次的拉深，但是也证实了目前的依靠摩擦力的深拉深技术具有可行性。图5 C向上的弧坑状缺陷图6 成功的杯形件例子(=3.67，杯形件高度=64 mm，N=100)6. 结论在借助摩擦力实现深拉深的技术方面，提出了一种新的方法来实现深杯形件的制造，即借助一个由四个锥形部分组成的压边圈。这种新设备克服了传统的四部分或八部分构成的压边圈会产生局部褶皱和剧烈的剪切变形等问题。拉深机制和拉深条件的影响也被细致的观察了。当压边力大于80kN，辅助冲压力大于4kN时，拉深效率有显著提高。这种技术能成功制造出比率为3.67的深杯形件，这也证实了目前改良技术的可行性。由于每次拉深压边圈沿半径方向的位移被限制在1毫米，制造过程需要100次拉深。但是，在该工艺中，自始至终只使用了一套刚性工具，加工时间也可由增加每分钟的冲压次数来缩短。因此，该工艺便于小批量深杯形件的生产。附件2：外文原文（复印件）A novel process on friction aided deep drawing usingtapered blank holder divided into four segmentsAbstractA new technique on friction aided deep drawing has been proposed. A metal blank holder was designed to be of two layers: stationary layer or base with four planes of 5 taper angle and moving layer divided into four tapered segments. Under appropriate blank holding force, these four segments can move radically to the die opening with a constant speed by using a specially designed compression tool. The main function of this developed blank holding device is adopting the frictional force between the blank and the blank holder to work in the useful drawing direction likewise the function of the rubber ring used in Maslennikovs process. Drawing deformation is efficiently performed by using an assistant metal punch, which is supplemented with a hydraulic cylinder to provide a constant punch force during the drawing process. The drawing mechanism and the effects of drawing conditions are mainly investigated to characterize the merits and defects of the proposed process. Since successful deep cups of drawing ratio 3.76 have been produced the possibility of the present technique is already cornered, however, further investigations are needed to enhance the drawing efficiency.1. IntroductionThe limiting drawing ratio achieved by the rst stage drawing in conventional deep drawing method seldom exceeds 2.2 which corresponds to the cup height to diameter ratio of about unity. Solutions proposed for increasing the forming limit generally fall into three categories; changein the material properties of the sheet metal being formed, change in the stress state and change in the frictional state. Based on these fundamental solutions, many special processes have been proposed to increase the limiting drawing ratio 110. In these processes, large plastic strains could be achieved when the low stress of material can be controlled in the range below the ultimate strength of material. Among these deep drawing processes the so-called Maslennikov process 11 is a unique method in which a rubber ring put in a container is skillfully utilized as a pressuremedium to generate drawing deformation of a blank. This process belongs to the third category, i.e. change in the frictional state; the frictional force between the blank sheet and the rubber ring is used to achieve deep drawing unlike the conventional method. Because the drawing of the blankis carried out by the radial compressive force, the fracture at the punch prole portion can be avoided. However, for thin sheets, circumferential fracture has been observed at the ange portion. The reason behind such fracture was attributed to the existence of a non-slip point at the angedue to the difference in the radial velocity distributions of the rubber ring and blank 12,13. As another defect of the Maslennikov process, blanks of high deformation resistance cannot be drawn because the induced frictional force is not sufficient. Moreover, the lifetime of the rubber is short and very high pressure is required for drawing.To overcome these decencies, Hassan et al. 14 have proposed to use a blank holder divided into four segments instead of the rubber ring used in the Maslennikov process.The possibility of the deep drawing with such technique has been conrmed, however, there was one criticism limiting the application of such proposed device. That is occurrence of wrinkles due to owing of ange material into the gaps between the blank holder segments as shown in Fig. 1(a).Such a problem was overcome by tting four small wedges in these gaps between the four drawing segments 15. Using this new blank holder divided into eight segments (four small wedges and four drawing segments) give good results. But unfortunately in case of using thin sheets a crack as shownFig. 1. Defects observed in the previous friction aided deep drawing methods.in Fig. 1(b) was observed due to the localized intensive shear deformation at the boundaries between the drawing segments and the four small wedges.In the present paper, a two-layered tapered blank holder divided into four segments was newly proposed to eliminate the defects of localized wrinkling and intensive shear deformation regions. The deformation mechanism and the effects of drawing conditions are mainly investigated in detail and the possibility of the present deep drawing method is conrmed.Fig. 2. Schematic of construction and movement of tapered blank holder divided into four segments.drawing segments that have similar planes of slightly taper angle of 5, the drawing segments can slide radially under a constant speed over the tapered surfaces of the stationary base. Four keys with sliding t are used for guiding the motion of these segments on the stationary base.It is important to understand the drawing mechanism and the compound motion of the blank holder segments. In the rst drawing step, deformation starts when two facing segments receive radial displacement in the A-direction as shown in Fig. 2(b). The other two segments in the B-direction move in the reverse direction with compound motion; downward and radially outward opposite to the drawing direction as shown in Fig. 2(d). Due to this action, the blank sheet and the die in the A-direction are lifted up as shown in Fig. 2(c),while in the B-direction, there is no contact between the blank sheet and the two segments as shown in Fig. 2(d). At that time about 50% of the ange is not subjected to blank holding force. On the other hand, the two segments in the A-direction are climbing up and advancing to the die opening, so that they tightly contact with the blank sheet as shown in Fig. 2(c). As a result, the frictional force generated in the A-direction yields the blank to deform and move toward the die opening. While, the two segments in the B-direction do not generate outward frictional force opposing the blank deformation. Therefore, this technique successfully eliminates the localized intensive shear deformation observed when using the blank holder divided into eight segments 15.How-ever, small wrinkles arise in the B-direction of the ange portions due to the circumferential compressive force.In the second drawing step, the blank holder segments in the B-direction receive radial displacement, while the other two segments in the A-direction move in a compound motion in a similar manner to the rst drawing step. As a resultwrinkles generated in the B-direction in the rst drawing step will be simultaneously corrected. Therefore, complete and successful deep cups can be obtained by repeating these two steps to a certain number of drawings.3. Experimental setup3.1. Test equipmentFig. 3 is a schematic diagram which shows the essential elements of the test equipment. A sufficient blank holding force F1 is mainly required for the deformation of blank, while the punch force F2 is mainly added to enhance the dimensional accuracy of the drawn cup and to help partially the drawing deformation. The blank holding force F1 is controlled by the pressure valve 17 to obtain appropriate force, while the punch force F2 is controlled by the valve 16 for the proper use. The radial displacement of the blank holder segments is controlled within the range 02mm using the dial gauge 13 and four adjusting pins 11. The compression tool 5 should be rotated 90 after each drawing operation to change the direction of the imposed radial displacement and the holding pressure over blank and blank holder seg-Fig. 3. Schematic diagram showing equipment used for deep drawing test; 1-Press ram, 2-Hydraulic cylinder, 3-Oil pressure, 4-Dummy block, 5-Compression tool, 6-Die, 7-Blank, 8-Tapered blank holder, 9-Blank holder stationary base, 10-Punch, 11-Adjusting pin, 12-Spring, 13-Dial gauge, 14-Container, 15-Die set, 16-Control valve, 17-Relief valve.Table 1Tool dimensions and experimental conditionsDieOuter diameter (mm)120Inner diameter (mm)32Prole adius (mm)3Tapered blank holderOuter diameter (mm)116Inner diameter (mm)35Radial displacement (mm)1Radial velocity (mm/s)0.2Blank holding force (KN)40100Assistant punchDiameter (mm)30Prole radius (mm)2Velocity (mm/s)0.8Punch force (KN)15ments. The test rig is assembled on a hydraulic press, which has multi-ranges of axial speeds and maximum compression force of 1000 N, while the maximum punch force given by a separate pump is 10 kN. The test rig dimensions and the optimum force conditions are listed in Table 1.3.2. Test material and experimental conditionsSoft aluminum (AlO) blanks of 0.5mm thickness was used as a testing material. The material constants F, n and r.Table 2Mechanical properties and dimensions of soft aluminum blanks (AlO)F-value (MPa)220n-value0.27r-value0.76Thickness (mm)0.5Blank diameter (mm)86, 110determined from uneasily tension test are listed in Table 2.The blank diameter was changed as 86 and 110 which give drawing ratios of 2.87 and 3.67.In order to investigate the deformation behavior of blank,concentric circles of 2mm apart were initially marked on the blank surface as shown in Fig. 4(a). The smallest circle diameter is 28mm and the biggest one is 80mm. In addition to that, three radial directions A, B and C are marked on the blank surface. Directions A and B receive imposed radial displacement during the odd and the even numbers of drawing respectively, while the direction C corresponds to the boundary between blank holder segments.To study the distortion of grids at cup side wall, concentric circles of 5mm apart and ve radial lines of 22.5 angular distances were marked on the blank of 110mm in diameter as shown in
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