基于CADCAE的方盒件变压边力冲压成形工艺设计
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基于CADCAE的方盒件变压边力冲压成形工艺设计,基于,CADCAE,方盒,变压,冲压,成形,工艺,设计
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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：王忠贤学 号：0501510141专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：基于CAD/CAE的方盒件变压边力冲压成形工艺设计指 导 教 师:张卫 张少文 2009 年 3月 22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告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，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894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）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 随着冲压加工的工件形状越来越复杂，材料越来越多样化，融合了CAD/CAE等技术的板料冲压智能制造技术成为目前冲压技术的研究热点。方盒件作为非轴对称研究的起点，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，对方盒件成形时的单位压边力进行优化设计，为预测和优化方盒件拉深成形质量提供了行之有效的手段。因此，压边力作为冲压成形过程中一种最简单、有效的工艺控制手段受到越来越多关注。关键词 盒形件 成形工艺分析及DYNAFORM 变压边力 CAD/CAE 传统刚性压边和弹性压边难以满足复杂的拉伸件工艺的要求，板料成形需解决的主要问题包括缺陷(起皱、拉裂、回弹)预防、压边力确定、模具磨损的影响、润滑方案确定、成形力确定、毛坯尺寸确定和压延筋布置等1。板料成形CAD/CAE技术就是通过计算机分析预知解决这些缺陷的工艺参数。利用CAD/CAE技术对方盒件拉伸成形研究对解决上述问题非常有用。1 盒形件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2，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。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3，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。而采用CAD/CAE技术进行辅助优化设计，对方盒件成形质量的预测和优化，不失为一种行之有效的方法，对提高制成品的制成质量提供了良好的保障4。2 成形工艺分析2.1 成形工艺分析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，寻找最优压边力控制曲线5,6，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，最终奠定最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。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7。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。2.2 变压边力目前,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。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究也表明了正交设计优化方法对于方盒件冲压成形参数的优化是一种有效可行的途径8,9。通过研究发现，适当的控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。3 金属板料成形性能及其CAE分析3.1 金属板料成形性能分析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。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10，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。3.2 板料冲压成形CAE分析过程一般来说，一个成功的金属板料冲压成形CAE系统从功能上讲都是由前置处理、有限元求解器和后置处理三部分组成。板料成形CAE分析的一般过程为前处理(网格划分、定义约束条件、施加条件和边界条件等) 11，求解(数值计算) 和后处理分析结果(应力、应变、材料厚度分布、能量等历史曲线、云图及动画、切取截面显示、回弹、FLD 图等)。金属板料冲压成形CAE技术主要是通过对结果的分析，使产品设计、模具结构更合理、工艺参数更满足要求12。板料成形CAE分析的一般步骤如图1 所示。DYNAFORM是目前最常使用的CAE软件。图1 板料成形CAE分析的一般步骤3.3 DYNAFORM数值模拟技术DYNAFORM的主要功能包括分析拉伸、成形、回弹、翻边、切边等板料成形过程中的不同工序，也可以进行多步成形（或多工序加工）分析。通过用户已定义好的冲压工艺及模具曲面形状来预测成形状态，其中包括减薄拉裂、起皱、回弹等各种问题，同时可以对成形力、压边力、拉延筋、模具磨损等各种工艺问题进行分析13,14，以便优化工艺和模具设计。对于容易出现局部开裂的现象，拟定利用DYNAFORM在计算机上基于实际的边界条件进行数值模拟计算15，验证和优化工艺参数。4 结语利用CAD/CAE和DYNAFORM软件进行模拟仿真以代替传统工艺方法中的不足，对材料进行高效率的生产，可大大优化生产工艺，降低运营成本，提高企业生产效率。参 考 文 献1 徐红雪，夏如艇.方盒形件首次拉深变形的力学分析J.江西农业大学学报(自然科学版),2003,8(2):34.2 谢晖.基于CAE的冲压工艺分析理论与关键技术研究D.长沙:湖南大学,2003.3 常志华,吕亚清,姜奎华.方盒形件毛坯展开尺寸的计算方法J.武汉理工大学学报(信息与管理工程版),1990,18(5):2132.4 常志华,吕亚清，姜奎华.确定方盒形件毛坯合理形状的原理与方法J.武汉理工大学学报(信息与管理工程版),1990,6(9):3539.5 徐尚德,雷君相,于珊珊.板料拉深过程中的压边力控制技术J.锻压装备与制造技术,2004,12(2):1518.6 夏琴香,阮锋.成形工艺参数对杯形件单道次拉深旋压力的影响J.锻压技术,2004,22(8):2632.7 王凤琴,赵军,官英平,马丽霞.方盒形件拉深破裂预测的研究J.塑性工程学报,2003,15(3):24.8 王凤琴,赵军,官英平,马丽霞.盒形件拉深过程中法兰区应力解析J.哈尔滨建筑大学学报,2003,15(6):816.9 王仲奇,雷鹏,王亚红.方盒形件分块变压边力成形过程中的法兰应力分析方盒形件分块变压边力成形研究之一J.锻压技术,2003,33(4):512.10 孙景芳,赵庭良.盒形零件一次拉深成形极限的研究J.农业机械学报,1994,27(7):1217.11 贾慧敏,王安强.基于边界二维CAD模型的三维离散元法边界建模方法J.2008,12(9):2224.12 贾志欣，李红林.CAD/CAE/CAM技术在塑料模具设计课程教学中的应用研究与实践J.模具制造,2008,19(7):3236.13 孙贤初,党新安.CAD/CAE软件在齿轮结构分析中的联合应用J.拖拉机与农用运输车,2008,24(9):2329.14 李奇涵,王科飞,王立威,李奇涵.基于数值模拟技术的板料冲压成形模具开发J.新技术新工艺,2005,34(6):1318.15 童春桥.板料成形CAE技术及应用J.CAD/CAM与制造业信息化,2005,33 (4):4750. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：通过对上述文献综述的了解和分析，本课题主要研究方盒件冲压成形工艺，利用CAD/CAE数值模拟技术对其进行分析研究。我准备采取以下步骤来开展和完成我的毕业设计：(1) 根据查找所提供的数据对被加工零件（方盒件）进行详细的分析；(2) 根据分析的结果，使用CAD/CAE软件分析模型；拟定被加工零件(方盒件)的简图及模型，进行变压边力的冲压工艺分析计算；(3) 运用DYAFORM仿真模拟调试，选取变压边力曲线对方盒件成形及其冲压工艺进行做总体的规划；(4) 对所得记录进行详细的分析设计并总结，完成设计并撰写说明书。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该生通过阅读与本课题相关的参考文献，进行了一定的总结，撰写的本文献综述能够反映“基于CAD/CAE的方盒件的变压边力冲压成形工艺设计”的课题背景以及相关知识，论文撰写较通顺，符合规
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