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基于CADCAE方盒件变压边力冲压工艺研究答辩稿.ppt
基于CADCAE的方盒件冲压成形工艺设计【答辩稿+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】
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基于
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基于CADCAE的方盒件冲压成形工艺设计【答辩稿+毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】,基于,CADCAE方盒,冲压,成形,工艺设计,答辩,毕业论文,开题报告,基于CADCAE的方盒件,外文翻译,任务书
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基于 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 (3) 利用 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 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。 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 板料成形有限元数值模拟基本理论 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。 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 与其他的有限元分析软件相比 ， （ 1） 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 G、 （ 2） 率高，模拟结果准确性很好。 （ 3） （ 4）支持从个人机、工作站到巨型机的所有硬件平台。 基于 用 P r o / E 建 立 方 盒 件 板 料 及 模 具 的 几 何 模 型以 I G E S 格 式 将 零 件 模 型 导 入 D Y N A F O R 拉 延 类 型 及 接 触 算 法模 具 有 限 元 网 格 划 分模 具 网 格 检 查 及 修 补划 分 毛 坯 网 格 ( 如 自 适 应 网 格 划 分 )定 义 成 形 工 具 （ 凹 模 、 凸 模 、 压 边 圈 、 板 料 ）定 义 材 料 属 性 ， 选 择 材 料 模 型 及 单 元 公 式 ( 如 B T )设 置 成 形 参 数 ( 如 压 边 力 、 冲 压 速 度 等 )建 立 方 盒 件 模 型求 解 器 仿 真 计 算应 力 应 变 、 厚 度 分 析成 形 极 限 图 （ F L D ）材 料 流 动设 计 结 果 是 否 满 意后处理前处理不 满 意满 意开 始结 束修改几何模型或成形参数 方盒件成形仿真 （ 1）模型的建立 用 模，压边圈，板料模型。根据工件尺寸利用 （ 2）前处理 1） 将 * 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 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。 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 壁转角 10模圆角 10 2）材料参数如表 3）压边力大小为 P=230深行程 25深速度 2500mm/s。 不同凸模圆角半径的薄厚变化0510152025306 8 10 12 16 20凸模圆角半径百分比最大变薄率%最大变厚率% 10 12 16 20凸模圆角半径应变量最大正应变最大负应变不同凸模圆角半径应力的变化 10 12 16 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 6b) 凸模的圆角半径 20结果分析： 1）凸模半径在 6半径为 20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（ 1，所以凸模圆角半径在16 不同凹模圆角半径下变形特点的分析 不同凹模圆角半径的薄厚变化0510152025306 8 10 12 16 10 12 16 20凹模圆角半径应变量最大正应变最大负应变不同凹模圆角半径应力变化 10 12 16 20凹模圆角半径应力 1）凸、凹模的间隙为 壁转角 10模圆角 10 2）材料参数如表 3）压边力大小为 P=230深行程 25深速度 2500mm/s。 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 6(b) 凹模圆角半径 20结果分析： 1）凹模圆角半径在 20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 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 616 不同凸模行程下变形特点的分析 不同行程下的厚薄变化05101520253010 20 25 30 35拉深行程百分比最大变薄率%最大变厚率%0 25 30 35拉深行程应变量最大正应变最大负应变不同行程下应力的变化0 25 30 35拉深行程应力 1）凸、凹模的间隙为 壁转角 10边圆角 10 2）材料参数如表 3）压边力大小为 P=230深速度 2500mm/s。 不同凸模行程下变形特点的分析 起皱 拉裂 (a) 凸模行程10(c) 凸模行程35果分析： 1） h=10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 10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=30兰区域减少明显，在凸缘圆角部分起皱加剧； h=35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。 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 35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 25以可以确定对 200*200的毛胚，其最佳的拉深行程在 2030 不同压边力下变形特点的分析 不同压边力的厚薄变化05101520253090205080105000最大变厚率 %205080105000205080105000 1）凸、凹模的间隙为 壁转角 10边圆角 10 2）材料参数如表 3）拉深深度 25深速度 2500mm/s。 不同压边力下变形特点的分析 起皱 (a) 压边力 P=180(b) 压边力 P=300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=90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=210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=300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=300 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。 不同材料下变形特点的分析 碳钢 中碳钢 高碳钢 铝合金板料百分比最大变薄率 %最大变厚率 %不同材料的应力变化碳钢 高碳钢 碳钢 高碳钢 铝合金板料应变量最大正应变最大负应变采用方案如下： 1）凸、凹模的间隙为 壁转角 10边圆角 10 2）材料参数如表 3）拉深深度 25深速度 2500mm/s，压边力为 230 不同材料下变形特点的分析 起皱 起皱 拉裂 (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。 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 凹凸模的转角半径在 816 在方案设计是选择凹凸模转角为 10 最佳的拉深行程在 2030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 25 凸模圆角半径的增大使得变薄率减小，其合适的范围在 816 凹模圆角半径的增大则使得变薄率减小，其合适范围在 616 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 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。 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
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