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汽车锁座零件冲压工艺分析及模具设计【12张CAD图纸和说明书】

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汽车 零件 冲压 工艺 分析 模具设计 12 十二 cad 图纸 以及 说明书 仿单
资源描述:

目  录

1前言

1.1机械与模具制造业在国民经济中的地位………………(1)

1.2当前国际模具发展现状及其特点………………………(1)

1.3我国模具发展现状及其特点……………………………(2)

1.4汽车锁座零件的简单介绍………………………………(2)

2锁座零件冲压工艺分析

2.1零件结构的分析…………………………………………(3)

2.2确定工艺方案……………………………………………(4)

3冲压模的设计 

3.1零件工艺计算……………………………………………(5)

3.2设计各主要零件结构尺寸………………………………(12)

3.3冲裁模装配图……………………………………………(17)

4弯曲模的设计

4.1弯曲件的工艺分析………………………………………(18)

4.2制定弯曲方案……………………………………………(21)

4.3确定毛坯弯曲部分尺寸L弯、下料方式……………… (22)

4.4确定弯曲模结构形式……………………………………(23)

4.5弯曲模装配图……………………………………………(27)

5冷冲模零件的制造工艺

5.1传统模具制造向现代模具制造的过渡…………………(28)

5.2编制冷冲模零件工艺的整体思路………………………(28)

5.3零件立体图和凸凹模立体图……………………………(29)

5.4凸凹模的加工工艺………………………………………(30)

结 论………………………………………………………………(33)

参考文献…………………………………………………………(34)

致 谢………………………………………………………………(35)


 1 前言

1.1 机械与模具制造业在国民经济中的地位

机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业,它为国民经济个部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备,在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械,从轻工业机械到重工业机械,从航空航天设备到机车车辆、汽车、船舶等设备,从机械产品到电子电器、仪表产品等,都必须有机械及其制造。在工业高度发达的国家中,机械工业的产值常常占整个国民生产总值的40%或更多。

在机械制造中,机车夹具、模具都是不可缺少的工艺装备,尤其是模具以其特定的形状通过一定的方式是材料成形。根据国际生产技术协会提供的资料显示,机械零件粗加工的75%和精加工的50%都将有模具成形来完成。因此模具被誉为“金属加工中的帝王”,是“进入富裕社会的原动力” 、“模具就是黄金” 。

1.2 当前国际模具发展现状及其特点

现代模具行业是技术、资金密集的行业。它作为重要的生产装备行业在为各行各业服务的同时,也直接为高新技术产业服务。 

由于模具生产采用一系列高科技,CAD/CAM/CAPP等技术,计算机网络技术、激光技术、逆向工程和并行工程、快速成型技术及敏捷制造技术、高速加工及超精度加工技术等等,因此,模具工业以成为高新技术产业的一个重要组成部分,有人说,现代模具是高技术背景下的工艺密集型工业。模具技术水平的高低,在很大的程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力,因此已成为衡量一个 国家产品制造水平高低的重要标志。

模具工业是无以伦比的“效益放大器”。用模具加工产品大大提高了生产的效率,而且还具有节约原材料、降低能耗和成本、保持产品高一称为“金钥匙”。从另个角度看,模具是人性化、时代化、个性化、创造化的产品。更重要致性等特点。因此模具被称为“效益的放大器”。在国外,模具被是模具发展了,使用模具的产业其产品的国际化竞争力也提高了。

模具不是批量生产的产品。它具有单见生产和对特定用户的依赖性。就模具行业来说,引进国外先进技术,不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式,而主要是引进商品化了的CAD/CAM/CAE软件和精密加工设备等。模具的CAD/CAE/CAM涉及面广、及多种学科与工业技术于一体,是综合型、技术密集型产品。模具设计是一种经验性较强的设计,设计人员在长期的工作积累的经验和知识对模具设计起着十分重要的影响。尽管模具CAD技术应用越来越广泛,是目前广为使用的模具CAD技术大都停留在计算机辅助绘图层次,难以胜任对模具开发的高质量、短周期、低成本要求。为此,本设计在重点利用计算机辅助进行工艺分析的过程,将转化为传统的模具CAD从计算机辅助绘图提升到计算机辅助设计层次。

1.3 我国模具发展现状及其特点

国内的模具工业起步较晚,但在过去的十多年中也取得了一些进步。例如冲压模具方面,国内设计制造的部分轿车覆盖件模、空调器散热片级进模、电机定转子双回转叠片高精度硬质合金级进模、集成电路引线框架多工位级进模,以及带自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、扭斜和安全保护等功能的铁心精密多功能模,都已达到较高的水平。但从总体上看,我国与工业发达国家相比仍有较大差距。例如,精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低,CAD/CAE/CAM技术的普及率尚待提高,许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别是在大型,精密,复杂和长寿命模具上,一方面技术差距明显;另一方面产能也不能满足国内的需求,因而仍大量从国外进口。所以,为了改变这种被动状态,尽快适应社会主义工业现代化建设对冲压工艺生产水平提高的需求,全方位大力做好模具基础、研发和推广工作,是至关重要的。

我国的工业经济,已进入大批量规模经济和小批量多品种经济并行的时期,两者对模具存在趋同的依赖性。因为在经济快速发展,产品畅销时期,自然要求模具能及时供应;而在经济停滞,产品不畅销时期,企业必然会想方设法开发新产品,也同样会对模具带来强劲的需求。这说明,模具市场的总体趋势将是一直平稳向上的。也有人说,模具工业是永不衰退的工业,正是基于这样的分析。另外,从另一个角度看,两者对模具结构的要求是各不相同的,大批量生产用的模具应着眼于高效率和长寿命,而小批量生产用的模具则应着眼于结果简单、制模快速和成本低廉。因此,对不同要求的模具要求,应相应的制定不同的设计方案。


内容简介:
汽车锁座零件冲压工艺分析及模具设计摘要模具是现代工业生产中的重要工艺装备,本论文主要涉及冲压模具工艺设计和弯曲模具工艺设计,整个过程包括工艺方案、工序安排、工序尺寸、使用的设备及模具类型,并根据设计出的冲裁凸凹模的尺寸及技术要求制定其机加工工艺规程,最终绘制出正确的冲裁模具装备图和弯曲模具装备图。根据零件的技术要求,确定工艺方案为先进行冲裁然后弯曲。在冲裁工艺阶段,拟定两种落料与冲孔方案一种是落料与冲孔复合;一种是先落料在冲孔。通过各方面计算与比较,确定第一种方案更优。在弯曲阶段,由于孔接近变形区,弯曲后需要钳工修磨,以达到工艺要求。在凸凹模的制造过程中,由于模具制造与一般机械制造相比较,有着特殊的技术要求和明显的特点,必须区别对待,(1)单件生产每种模具一般生产12副,普遍采用修锉、修配方法加工,工序组合相对集中对工人技术水平要求较高。(2)制造质量高一般地,模具工作零件的制造精度比产品零件高24级,需采用坐标磨床、数控机床加工。(3)形状复杂一般加工难度大,有时需要特种加工或专门化机床。(4)材料硬度高一般采用工具钢淬火、低温回火,需要采用特种加工方法。关键词模具冲裁弯曲工艺指导老师签名BLOCKLOCKPARTSOFCARSTAMPINGPRODESSANDDIEDESIGNABSTRACTMOLDISANIMPORTANTTECHNIQUEANDEQUIPMENTINMODERNINDUSTRIALPRODUCTION,INTHISPAPER,THEMAINPROCESSINVOLVEDINDESIGNOFSTAMPINGDIEANDDESIGNOFBENDINGMOLD,THEENTIREPROCESSINCLUDINGPLANNINGOFPROCESS,ORGANIZATIONOFPROCESS,SIZEOFPROCESS,USEOFEQUIPMENTANDTYPESOFMOLDANDINACCORDANCETOTHESIZEOFCONVEXANDCONCAVEMOLDANDTHEITSTECHNICALREQUIREMENTSCOMPLETETHEDEVELOPMENTOFITSMACHININGPROCESSPLANNING,EVENTUALLYDRAWTHECORRECTASSEMBLINGDRAWINGOFBLANKINGDIESANDBENDINGACCORDINGTOTHETECHNICALREQUIREMENTSOFPARTS,TECHNOLOGYPROGRAMISDETERMINEDTOBLANKINGFIRSTLYANDTHENBENDINGINTHESTAGEOFBLANKINGPROCESS,THEDEVELOPMENTOFBLANKINGANDPUNCHINGTWOPROGRAMSONEISTHECOMPOSITEBLANKINGANDPUNCHINGANTHERISBLANKFIRSTLYTHENPUNCHTHROUGHCALCULATIONANDCOMPARISONOFVARIOUSASPECTS,THEFIRSTPROGRAMWASTOIDENTIFYBETTERINTHESTAGEOFBENDINGASTHEDEFORMATIONZONEBEINNEAROFTHEHOLE,ITNEEDTOBENDINGFITTERAFTERGRINDINGINORDERTOMEETTHETECHNICALREQUIREMENTSINTHEMANUFACTURINGPROCESSOFBUMPOFBLANKINGDIE,MOLDMANUFACTURINGISCOMPAREDWITHTHEGENERALMACHINERYMANUFACTURING,ASARESULTOFITSSPECIALTECHNICALREQUIREMENTSANDITCLEARFEATURES,WOMUSTBETREATEDDIFFERENTLY1ONEPIECEPRODUCTIONGENERLLY,EACHMOLDPRODUCTFOR12,WIDELYUSEDPROCESSINGOFFILEREPAIR,REPAIRMETHODS,COMBINATIONOFTHEPROCESSOFRELATIVECONCENTRATIONANDDEMANDTHEWORKERSOFHIGHERSKILLLEVELS(2)THEMANUFACTURINGOFHIGHQUALITYINGENERAL,THEMANUFACTURINGOFMOLDPARTSPRODUCTSAREMOREPRECISIONTHAN2TO4HIGHBYTHEGENERALPARTS,NEEDTOTHEUSEOFCOORDINATEGRINDINGMACHINESANDCNCMACHINING3COMPLEXSHAPEGENERALTHEPROCESSINGISMOREDIFFICULT,ANDSOMETIMESITNEEDFORSPECIALPROCESSINGORSPECIALIZEDTOOLS4MATERIALHARDNESSINGENERALTOOLSTEELNEEDTOHARDENING,LOWTEMPERATURETEMPERING,ITNEEDTOUSETHEMETHODSOFSPECIALPROCESSINGKEYWORDSMOLDBLANKINGBENDINGTECHNOLOGYSIGNATUREOFSUPERVISOR毕业设计(论文)任务书I、毕业设计论文题目汽车锁座零件冲压工艺分析及模具设计II、毕业设计论文使用的原始资料数据及设计技术要求设计原始资料1零件图;2零件材料牌号及厚度Q235,20;设计技术要求1年生产纲领80000件;2要求外文资料翻译忠实原文;3要求编制的冲压工艺规程合理;4要求设计的冲压模具满足加工要求;5要求图纸设计规范,符合制图标准;6要求毕业论文叙述条理清楚,设计计算正确,论文格式规范。III、毕业设计论文工作内容及完成时间1绘制零件图,收集、查阅有关资料,外文资料翻译6000字符,撰写开题报告;第1周第4周2对零件进行冲压工艺分析,确定工艺方案;第5周第6周3计算、确定冲压力模具工作部分尺寸及公差,选取模具结构;第7周第9周4设计专用模具,绘制装配图,拆绘主要零件图;第10周第13周5撰写毕业论文、毕业设计审查、毕业答辩。第14周第17周、主要参考资料1姜奎华主编冲压工艺与模具设计北京机械工业出版社,200362解汝升冲压模具设计与制造技术北京中国标准出版社,19973许发樾主编实用模具设计与制造手册北京机械工业出版社,200124廖念钊等主编互换性与技术测量北京中国计量出版社,20112第5版5WILSON,FWDIEDESIGNHANDBOOKMAGRAWHILL19906系专业类班学生(签名)填写日期2011年1月3日指导教师(签名)助理指导教师并指出所负责的部分机械设计制造及其自动化系(室)主任(签名)附注任务书应该在已完成的毕业说明书首页。1学士学位论文原创性声明本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名日期20110329学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空工业学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名日期20110329导师签名日期1毕业设计(论文)开题报告题目汽车锁座零件冲压工艺分析及模具设计专业名称班级学号学生姓名指导教师填表日期2011年3月30日2说明开题报告应结合自己课题而作,一般包括课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述)、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。3一、选题的依据及意义模具是成形金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等制件的基础工艺装备,是工业生产中发展和实现少切屑加工技术中不可缺少的工具。如汽车、拖拉机、电器、仪器仪表、电子等行业有6080的零件需用模具加工。包括航空工业中许多钣金件,零件的成形工艺也要用到模具。由此可知,模具是工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备之一。模具是一种高效率的工艺装备,用模具进行各种材料的成形可实现高速度的大批量生产,并能在大量生产下稳定的保证制件的质量以及节约原材料。因此,在现代工业生产中,模具的应用日益广泛,是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。许多现代工业的发展和技术水平的提高,在很大程度上取决于模具工业的发展水平。模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。做为一个机械行业的毕业生,经过四年的专业学习和工程教育,初步掌握了一些机械方面的基础知识,希望在最后一次专业设计中,在指导老师的指点下对模具特别是冲模的设计与制造有大致的了解,培养踏实,严谨的工程意识,为以后参加工作做准备。二、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述)模具发展日新月异,今后其发展趋势大致包括以下方面1发展高效模具对于大批量生产用模具,应向高效率发展。如为了适应当前高速压力机的使用,应发展多工位级进模以提高生产效率。2发展简易模具对于小批量生产用模具,为降低成本,缩短模具制造周期,尽量发展薄板冲模,锌合金、低熔点合金,环氧树脂等简易模。3发展多功能模具为了提高效率和保证制品的质量,要采用多工位级进模及具有组合功能的双色,多色塑料注射模等。4发展高寿命模具高效率必然需要高寿命,为了达到高寿命,除模具本身结构优化外,还要对材料的选用和热处理,表面强化技术予以开发和创新。5发展高精度模具要实现模具的高精度,在模具的设计与加工中必然要使用高精度加工设备和高技术加工工艺。要进一步发展数控机床和加工中心的使用,要发展CAD,CAE,CIM等高新技术。目前,我国的模具工业与国外发达国家相比,精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低,CAD/CAE/CAM技术的普及度不高,许多先进技术应用还不够广泛,4特别是在大型,精密,复杂和长寿命模具技术上存在着明显的差距。三、研究内容及实验方案本次毕业设计的课题锁座模具设计着重研究的是冲模,冲模是冲压生产中必不可少的工艺装备。冲模大致可分为工作零件,定位零件,卸料装置零件,压料装置及零件,导向零件,推件装置与零件,支承及支持零件,紧固零件以及缓冲零件。其中,工作零件,定位零件,卸,推料零件称为模具的工艺零件,而导向零件,支承及支持零件,紧固零件,缓冲零件称为模具的辅助零件。实际上,对于每一套冲模,它们都会必然形成完整的独立整体,是由各种不同零部件结合而成的。目前,我国对冲压模具已经制定了国家标准,其中包括模架,典型零件,模架技术条件,典型组合技术条件等。这对简化模具设计与制造,提高模具寿命,降低成本,缩短模具制造周期都有十分重要的意义。具体到本次模具设计时,可选用标准零部件,其已经规定了轮廓尺寸,精度,表面粗糙度,配合精度,材料,热处理及技术条件等。在设计时,只需要把主要精力集中在非标准零件的设计和一些板类标准件的工作型孔等设计方面。同时还要考虑到工程实际中模具零件的工艺性问题。零件工艺性对生产影响很大。一般说来,工艺性良好的零件,所需的加工设备数目少,容易加工,同时节省材料。另外,工艺性良好的模具零件,产品质量稳定,出现的废品少,工艺操作简单,还能使技术准备工作及生产管理做到经济合理。因此,在模具零件的设计中一定要满足工艺性要求。总的说来,本次冲模设计所研究的内容主要包括冲压工艺性分析,工艺方案制定,排样图设计,总的冲压力计算及压力中心的计算,刃口尺寸计算,弹簧、橡胶件的计算与选用,凸模、凹模或凸凹模结构设计以及其他冲模零件的结构设计,绘制模具装配图和工作零件图,编写设计说明书,填写冲压工艺卡和工作零件的机械加工工艺过程卡等。三个孔的边缘与弯曲中心的距离分别为15MM20T4MM65MM20T4MM弯曲时会引起B边上小孔的变形,可以在弯曲后修正,所以可以先冲孔在弯曲方案一落料与冲孔复合。方案二先落料再冲孔。5分析冲压工艺方案方案一模具结构简单,模具寿命长、制造周期短、投产快。能利用一个侧面定位,操作比较简单方便。方案二模具结构简单,投产快寿命长,尺寸和形状不精确。综上所述,考虑到该零件的批量为中批量,作为保证各项技术要求,选用方案一。工序如下1下料。2落料和冲孔。四、目标、主要特色及工作进度本次毕业设计所设计的模具结构要求满足冲压生产的要求,即大批量生产),不仅要冲压出合格的零件制品,而且要适应大批量生产的需要,操作要方便,使用寿命要长,安全可靠,成本低廉,并能容易制造和维修。另外还希望通过这次毕业设计初步掌握模具,特别是冲模的设计的一般步骤与方法,并能综合运用四年所学的工程技术知识,通过查阅相关资料,请教老师来解决这次设计中的实际问题,锻炼实事求是,科学严谨的工程意识和工作态度。毕业设计的进度安排参照指导老师给出的时间表进行分配1绘制零件图,收集、查阅有关资料,外文资料翻译6000字符,撰写开题报告;第1周第4周2对零件进行冲压工艺分析,确定工艺方案;第5周第6周3计算、确定冲压力模具工作部分尺寸及公差,选取模具结构;第7周第9周4设计专用模具,绘制装配图,拆绘主要零件图;第10周第13周5撰写毕业论文、毕业设计审查、毕业答辩。第14周第17周五、参考文献1姜奎华主编冲压工艺与模具设计北京机械工业出版社,200362解汝升冲压模具设计与制造技术北京中国标准出版社,19973许发樾主编实用模具设计与制造手册北京机械工业出版社,200124廖念钊等主编互换性与技术测量北京中国计量出版社,20112第5版5WILSON,FWDIEDESIGNHANDBOOKMAGRAWHILL19906拉中拉深壁起皱的分深模设计析FKCHENANDYCLIAO台湾大学机械设计研究所在带有斜度的方形盒和带有阶梯的方形盒的拉深中发生的起皱现象一直在被研究。这两中类型的起皱现象有一个共同的特征全都发生在相对无支撑、无压边的拉深壁处。在带有斜度的方形盒的拉深中,常受到工序参数的影响,例如模具的间隙值和压边力等,所以常用有限元模拟的方法来研究分析起皱的发生。模拟的结果表明模具的间隙值越大,起皱现象就越严重,而且增加压边力也不能抑制和消除起皱现象的发生。在带有阶梯的方形盒拉深的起皱现象分析中,常通过实际生产中一种近似的几何结构来研究、试验。当凸模与阶梯边缘之间的金属板料在拉深时分布并不均衡,就会在侧壁发生起皱现象。为了消除起皱现象的发生,一个最优的模具设计常采用有限元的方法进行分析。模拟的结果和起皱试验论证了有限元分析的准确性,并且表明了在拉深模具设计中使用有限元方法分析的优越性。关键词侧壁起皱;拉深模;带有阶梯的方形盒;带有斜度的方形盒一、介绍起皱是金属板料成形中常见的失效形式之一。由于功能和视觉效果的原因,起皱通常是不能为零件制品所能接受的。在金属板料成形加工中通常存在三种类型的起皱现象法兰起皱;侧壁起皱和由于残余压应力在未变形区产生的弹性变形。在冲压复杂形状的时候,拉深壁起皱就是在模具型腔中形成的褶皱。由于金属板料在拉深壁区域内相对无支撑,因此,消除拉深壁起皱比抑制法兰起皱要难得多。我们知道在不被支撑的拉深壁区域中材料的外力拉深可以防止起皱,这可以在实践中通过增加压边力而实现,但是运用过大的拉深力会引起破裂失效。因此,压边力必须控制在一定的范围内,一方面可以抑制起皱,另一方面也可以防止破裂失效。合适的压边力范围是很难确定的,因为起皱在拉深零件的中心区域以一个复杂的形状形成,甚至根本不存在一个合适的压边力范围。为了研究起皱的原因,YOSHIDAETAL发明了一个试验,即一张薄板延着对角的一个方向进行不均匀拉深。他们还提出了一个近似的理论模型,起皱的初始是由于弹性变形导致横向压力发展成为不均匀的压力场。YUETAL用试验和理论分析的方法来研究起皱问题。他们发现根据他们的理论分析,起皱发生在两个环形的起伏处,而且试验结果指出了46处起皱。NARAYANASAMY和SOWERBY通过圆锥形凸模和半球形凸模的拉深来研究金属板料的起皱。同时,他们也试图整理防止发生起皱的特性参数。这些试验都仅仅围绕在与简单形状成形有关的起皱问题上,例如一个圆形的盒件等等。在20世纪90年代初期,3D动态有限元方法的应用成功,使得解决金属板料成形复杂形状的起皱现象的分析变成了可能。目前,研究人员都使用3D有限元方法来分析带有斜度的方形盒和带有阶梯的方形盒零件拉深时在拉深壁处由于金属板料流动引起的褶皱以及在成形过程中的参数的影响因素。一个有斜度的方形盒,如图1(A)所示,盒形件的每一个倾斜的拉深壁都与圆锥盒形件相似。拉深成形过程中,在拉深壁处的金属板料是相对无支撑的,因此,褶皱是倾斜的。在目前的研究中,各种关于起皱的成型过程参数都被研究。在带有阶梯的方形盒件的研究中,如图1(B)所示,观察到了另一种类型的起皱。在当前的研究中,为了得出分析的效果,实际生产用阶梯形结构的零件来研究。使用有限元方法可以分析出起皱的原因,并且可以使一个最优的模具设计消除起皱现象。有限元分析使得模具设计在实际生产中更为合理化。(A)带有斜度的方形盒件(B)带有阶梯的方形盒件图1二、有限元模型模具的几何结构(包括凸模、凹模、压边装置等等),通过使用CAD和PRO/ENGINEER来设计。使用CAD将3个节点或4个节点形成壳形的单体,进而在模型上形成网格体系。使用有限元模拟,模型被视为是刚性的,并且相对应的网格仅仅可以定义模型的几何形状,不能对压力进行分析。使用CAD所建立的4个节点的壳形单体可以为板料创建网格体系。图2给出了模型完全建立时的网格体系和用以成形带有斜度的方形盒件的金属板料。由于对称的原因,仅仅分析了零件的1/4。在模拟过程中,金属板料放在压边装置上,凹模向下移动,夹紧板料。凸模向上移动,拉深板料至模具型腔。为了精确的完成有限元分析,金属板料的实际压力拉力的关系需要输入相关的数据。从目前的研究来看,金属板料的深拉深的特性参数已经用于模拟。一个拉深的实验已经用于样品的生产,并且沿着压延方向和与压延方向成45和90的方向切断。平均的流动压力可以通过公式(024590)/4,计算出来,进而准确测量出实际拉力,如图3所示,以用于带有斜度的方形盒件和带有阶梯的方形盒件的拉深。目前研究中的所有模拟都在SGIINDIGO2工作站使用有限元可调拉深程序完成。完成了用于模拟所需数据的输入(假定凹模速度为10M/S,并且平均摩擦系数为01)。图2有限元模拟的网格体系实际压力(GPA)图3金属板料的实际压力拉力的关系实际拉力(MM/MM)三、带有斜度的方形盒件的起皱一个带有斜度的方形盒可以给出草图的相关尺寸,如图1(A)所示。从图1(A)可以看出方形凸模顶部每边的长度为2WP,凹模口部长度为2WD以及拉深高度H影响起皱所考虑的关键性尺寸。凹模的口部尺寸与凸模顶部尺寸差值的一半为凸模的间隙,即GWDWP。拉深壁处金属板料相对无支撑的程度可能取决于凸模的间隙,并且增加压边力也有可能抑制起皱现象的发生。在有斜度的方形盒拉深中,与发生起皱有关系的两个参数凸模间隙和压边力,他们对起皱的影响也正在研究之中。1凸模间隙的影响为了研究凸模间隙对起皱的影响,现在分别用凸模间隙为20MM,30MM和50MM的带有斜度的方形盒进行拉深模拟。在每次模拟拉深中,凹模口部尺寸为200MM固定不变,并且拉深高度均为100MM。在3次模拟中,均使用尺寸为380MM380MM的方形板料,且板料厚度均为07MM,凹模对板料的压力拉力关系,如图3所示。图4带有斜度的方形盒件的褶皱模拟图(G50MM)模拟结果表明三个有斜度的方形盒均发生了起皱现象,图4给出了凸模间隙为50MM的方形盒的形状。从图4可以看出,起皱分布在拉深壁处,并且拉深壁邻近的拐角处起皱现象尤为严重。经分析,在拉深过程中,起皱是由于拉深壁处存在过大的无支撑区域,而且凸模顶部和凹模口部长度的不同是由于凸模间隙的存在。在凸模顶部与凹模之间的金属板料的延伸变得不稳定,是由于断面压力的存在。在压力作用下,金属板料的无约束拉深是在拉深壁处形成褶皱的主要原因。为了比较三个不同凸模间隙的试验结果,需要引入两个主应力的比值,为MIN/MAX,MIN/MAX是主应力相对的最小值和最大值。HOSFORD和CADDELL指出,值比临界值更重要,如果起皱发生,那么值越大,起皱现象就可能越严重。如图4和图5的曲线所示,三次不同凸模间隙的拉深模拟,沿MN截面的相同拉深高度处的值。从图5可以看出,在3次模拟中位于拉深壁的拐角处起皱比较严重,在拉深壁的中间起皱比较弱。还可以看出,凸模间隙越大,比值就越大。因此,增加凸模间隙将可能增加带有斜度的方形盒件在拉深壁处起皱的可能性。2压边力的影响众所周知,增加压边力可以帮助削弱拉深过程中发生的褶皱。为了研究增加压边力的影响,采用凸模间隙为50MM,不同的压边力数值来对有斜度的方形盒进行拉深起皱的模拟。压边力从100KN增加到600KN,以提供压边力033MPA到198MPA。其他模拟条件和先前的规定保持一致(在模拟当中采用了300KN的压边力)。模拟结果表明增加压边力并不能消除拉深壁处起皱现象的发生。如图4所示,在MN截面处的值,和压边力分别为100KN、600KN的拉深相比较,模拟结果指出,在MN截面处的值都是相同的。为了分析两次不同压边力时出现起皱的不同,从拉深壁顶部到直线MN处,对5处不同高度截面进行了分析,如图4所示,图6给出了所有情况的曲线。从图6可以看出,几种情况截面处的波度是相似的。这就证明压边力与有斜度的方形盒件拉深中的起皱现象无关,因为褶皱的形成主要是由于拉深壁处大面积无支撑区域存在较大的横断面压力,所以压边力并不影响凸模顶部与凹模肩部之间的制件形状的不稳定状况。距离(MM)图5对于不同凸模间隙在MN截面处的值图6在不同的压边力状态下,拉深壁不同高度处的横断面线。A100KNB600KN四、带有阶梯的方形盒件在带有阶梯的方形盒件的拉深中,即使凸模间隙不是这样重要,而在拉深壁处仍然会发生起皱。图1(B)所示为带有阶梯的方形盒件拉深用的凸模,图1(B)给出了拉深壁C和阶梯处D、E。目前,实际生产中一直在研究这种类型的几何结构。生产中,板料的厚度为07MM,压力拉力关系从应力试验中获得,如图3所示。这种拉深件的生产是通过深拉深和整形两个工序组成的。由于凸模拐角处的小圆角半径和复杂的几何结构,导致在盒形件的顶部边缘发生破裂,在盒形件的拉深壁处发生褶皱,如图7所示。从图7中可以看出,褶皱分布在拉深壁处,尤其在阶梯边缘的拐角处更为严重,如图1(B)所示的AD和BE处。金属板料在凸模顶部的边缘开裂,进而形成破裂,如图7所示。图7产品上的褶皱和破裂情况图8模拟产品起皱和破裂的盒形件外形图为了对拉深过程中金属板料出现的变形现象有更进一步的了解,生产中仍然采用了有限元分析方法。最初的设计已经用有限元模拟完成。模拟的盒形件外形如图8所示。从图8可以看出,盒形件顶部边缘的网络拉深比较严重,褶皱分布在拉深壁处,这与实际生产中的状况是一致的。小的凸模圆角,例如AB边缘的圆角和凸模拐角A处的圆角,如图1(B)所示,是拉深壁处破裂的主要原因。然而,根据有限元分析的结果,通过加大上述两处圆角可以避免破裂的产生。较大的拐角圆角这种想法通过实际生产加工被验证是可行的。还有一些试验也是模拟褶皱的。最初时将压边力增加到初始值的2倍。然而,正如和有斜度的方形盒件拉深时获得的结论是一样的,压边力对起皱的影响并不是最主要的。相同的结论是增大摩擦或者增加坯料的尺寸。因此我们得出的结论是通过增加压边力是不能抑制起皱现象的发生的。起皱的形成是由于在某些区域发生多余的金属板料流动,所以应在起皱的区域增加压杆装置来控制多余的金属料流。压杆应加到平行于起皱的方向,以便能有效的控制多余的金属料流。在这种理论分析下,两个压杆应加到拉深壁的临近处,如图9所示以便能控制多余的金属料流。模拟的结果表明正如所期望的那样,通过压杆的作用,阶梯拐角处的起皱被控制住了,但是一些褶皱还是存在于拉深壁处。这就表明需要在拉深壁处设置更多的压杆,以控制多余的金属料流。但是从结构设计的角度考虑,这种结构是不可行的。图9在拉深壁处增加的压杆在拉深工序中采用有限元分析的优点之一就是可以通过拉深模拟来监视、控制金属板料的形状变形,而这些在实际生产中是不可能做到的。在拉深过程中,仔细地看金属板料的流动,可以看出金属板料首先由凸模拉深进凹模腔内,直到金属板料到阶梯边缘DE处时,褶皱才开始形成。褶皱的形状如图10所示。有限元分析还可以为模具设计的改进提供相关的数据信息。图10金属板料接触阶梯边缘时形成褶皱图11切断阶梯拐角后的外形图图12凸模设计修改后的外形模拟图最初推断发生起皱的原因是由于凸模拐角圆角A处和阶梯拐角圆角D处的金属板料不均匀、不稳定拉深形成的。因此,模具应设计成在阶梯拐角处切断一部分,如图11所示,以有利于改善拉深条件。通过增加阶梯边缘而使板料均匀、稳定的拉深。然而在拉深壁处还是存在起皱现象。结果指出起皱的原因是由于凸模顶部边缘和整个阶梯边缘的板料不均匀、不稳定的拉深,这与凸模拐角和阶梯拐角不同。毫无疑问,模具的设计结构应有两处需要调整,一处是切断整个阶梯;另一处是增加拉深工序,使用2次拉深可以获得期望的形状。如图12所示,是这种成形方法模拟出的外形。如果较低的台阶被切断去除,那么这种盒形件的拉深就与矩形盒件的拉深十分相似,详见图12。从图12可以看出,褶皱被去除了。在两次拉深过程中,金属板料首先拉深成较深的台阶,如图13(A)所示。因此,较低的阶梯是在第二次拉深工序中形成的,此时,可以获得我们所期望的外形,如图13(B)所示。从图13(B)中可以清楚地看出,带有阶梯的方形盒件通过两次拉深被制作出来,而且没有褶皱。在两次拉深工序中,如果假想使用相反的顺序拉深,较低的阶梯首先成形,然后再拉深成较高的台阶,那么在较深台阶的边缘处,如图1(B)AB处,容易形成破裂现象,因为凹模中在较低阶梯处的金属板料很难流动。有限元模拟分析指出要想获得理想的带有阶梯的方形盒件,使用一次拉深几乎是不可能成功的。然而,使用两次拉深则增加了生产成本,因为模具成本和制造成本增加了。为了维持较低的生产成本,设计师对盒形件外形做了适当的修改,并且根据有限元模拟的结果,修改了模具,切断去除了较低的阶梯,如图12所示。修改之后,拉深模制造出来了,并且盒形件消除了褶皱问题,如图14所示。盒形件的外形也与用有限元模拟所获得的外形效果一样好。图13(A)第一次拉深工序(B)第二次拉深工序图14消除褶皱后的产品图为了更进一步验证有限元模拟的结论,将从模拟的结果中获得的截面GH处的板料厚度的分布情况与实际生产中的情况进行比较。比较情况如图15所示。从图15的比较情况可以断定通过有限元模拟的厚度分布与实际生产的情况基本上一致。这就证明了有限元分析方法的有效性。厚度(MM)距离(MM)图15模拟与实际生产中,GH截面处的板料厚度分布比较图五、简要论点及结束语在拉深过程中发生的两种类型的褶皱通过有限元分析研究以及对起皱原因做的试验,最终发现了抑制起皱的方法。第一种类型的起皱出现在带有斜度的方形盒件的拉深壁处。在凹模口部的高度尺寸和凸模顶部的高度尺寸等因素中,起皱的发生归因于较大的凸模间隙。较大的凸模间隙会导致拉深到凸模顶部与凹模肩部的金属板料处产生较大的无支撑区域,而金属板料较大的无支撑区域是形成起皱的最终原因。有限元模拟表明这种类型的起皱是不能通过增加压边力而抑制的。另一种类型的起皱发生在实际生产中带有阶梯的几何结构的方形盒件中。研究发现即使凸模间隙影响不是很重要,起皱还是会发生在阶梯上面的拉深壁处。根据有限元分析,起皱的原因主要是由于凸模顶部和台阶边缘之间的不均匀拉深造成的。为了避免起皱,在模具设计中使用有限元模拟做了一些试验,试验最终确定的最优设计就是将阶梯去除。修改后的模具设计生产出了无缺陷的盒形零件。模具分析的结果和实际生产所获得的结论证明了有限元分析的准确性和使用有限元模拟的有效性。因此可以说有限元方法可以取代传统的实际生产试验的昂贵的方法。ANANALYSISOFDRAWWALLWRINKLINGINASTAMPINGDIEDESIGNFKCHENANDYCLIAOWRINKLINGTHATOCCURSINTHESTAMPINGOFTAPEREDSQUARECUPSANDSTEPPEDRECTANGULARCUPSISINVESTIGATEDACOMMONCHARACTERISTICOFTHESETWOTYPESOFWRINKLINGISTHATTHEWRINKLESAREFOUNDATTHEDRAWWALLTHATISRELATIVELYUNSUPPORTEDINTHESTAMPINGOFATAPEREDSQUARECUP,THEEFFECTOFPROCESSPARAMETERS,SUCHASTHEDIEGAPANDBLANKHOLDERFORCE,ONTHEOCCURRENCEOFWRINKLINGISEXAMINEDUSINGFINITEELEMENTSIMULATIONSTHESIMULATIONRESULTSSHOWTHATTHELARGERTHEDIEGAP,THEMORESEVEREISTHEWRINKLING,ANDSUCHWRINKLINGCANNOTBESUPPRESSEDBYINCREASINGTHEBLANKHOLDERFORCEINTHEANALYSISOFWRINKLINGTHATOCCURREDINTHESTAMPINGOFASTEPPEDRECTANGULARCUP,ANACTUALPRODUCTIONPARTTHATHASASIMILARTYPEOFGEOMETRYWASEXAMINEDTHEWRINKLESFOUNDATTHEDRAWWALLAREATTRIBUTEDTOTHEUNBALANCEDSTRETCHINGOFTHESHEETMETALBETWEENTHEPUNCHHEADANDTHESTEPEDGEANOPTIMUMDIEDESIGNFORTHEPURPOSEOFELIMINATINGTHEWRINKLESISDETERMINEDUSINGFINITEELEMENTANALYSISTHEGOODAGREEMENTBETWEENTHESIMULATIONRESULTSANDTHOSEOBSERVEDINTHEWRINKLEFREEPRODUCTIONPARTVALIDATESTHEACCURACYOFTHEFINITEELEMENTANALYSIS,ANDDEMONSTRATESTHEADVANTAGEOFUSINGFINITEELEMENTANALYSISFORSTAMPINGDIEDESIGNKEYWORDSDRAWWALLWRINKLESTAMPINGDIESTEPPEDRECTANGULARCUPTAPEREDSQUARECUPS1INTRODUCTIONWRINKLINGISONEOFTHEMAJORDEFECTSTHATOCCURINTHESHEETMETALFORMINGPROCESSFORBOTHFUNCTIONALANDVISUALREASONS,WRINKLESAREUSUALLYNOTACCEPTABLEINAFINISHEDPARTTHEREARETHREETYPESOFWRINKLEWHICHFREQUENTLYOCCURINTHESHEETMETALFORMINGPROCESSFLANGEWRINKLING,WALLWRINKLING,ANDELASTICBUCKLINGOFTHEUNDEFORMEDAREAOWINGTORESIDUALELASTICCOMPRESSIVESTRESSESINTHEFORMINGOPERATIONOFSTAMPINGACOMPLEXSHAPE,DRAWWALLWRINKLINGMEANSTHEOCCURRENCECORRESPONDENCEANDOFFPRINTREQUESTSTOPROFESSORFKCHEN,DEPARTMENTOFMECHANICALENGINEERING,NATIONALTAIWANUNIVERSITY,NO1ROOSEVELTROAD,SEC4,TAIPEI,TAIWAN10617EMAILFKCHENW3MENTUEDUTWOFWRINKLESINTHEDIECAVITYSINCETHESHEETMETALINTHEWALLAREAISRELATIVELYUNSUPPORTEDBYTHETOOL,THEELIMINATIONOFWALLWRINKLESISMOREDIFFICULTTHANTHESUPPRESSIONOFFLANGEWRINKLESITISWELLKNOWNTHATADDITIONALSTRETCHINGOFTHEMATERIALINTHEUNSUPPORTEDWALLAREAMAYPREVENTWRINKLING,ANDTHISCANBEACHIEVEDINPRACTICEBYINCREASINGTHEBLANKHOLDERFORCEBUTTHEAPPLICATIONOFEXCESSIVETENSILESTRESSESLEADSTOFAILUREBYTEARINGHENCE,THEBLANKHOLDERFORCEMUSTLIEWITHINANARROWRANGE,ABOVETHATNECESSARYTOSUPPRESSWRINKLESONTHEONEHAND,ANDBELOWTHATWHICHPRODUCESFRACTUREONTHEOTHERTHISNARROWRANGEOFBLANKHOLDERFORCEISDIFFICULTTODETERMINEFORWRINKLESOCCURRINGINTHECENTRALAREAOFASTAMPEDPARTWITHACOMPLEXSHAPE,AWORKABLERANGEOFBLANKHOLDERFORCEDOESNOTEVENEXISTINORDERTOEXAMINETHEMECHANICSOFTHEFORMATIONOFWRINKLES,YOSHIDAETAL1DEVELOPEDATESTINWHICHATHINPLATEWASNONUNIFORMLYSTRETCHEDALONGONEOFITSDIAGONALSTHEYALSOPROPOSEDANAPPROXIMATETHEORETICALMODELINWHICHTHEONSETOFWRINKLINGISDUETOELASTICBUCKLINGRESULTINGFROMTHECOMPRESSIVELATERALSTRESSESDEVELOPEDINTHENONUNIFORMSTRESSFIELDYUETAL2,3INVESTIGATEDTHEWRINKLINGPROBLEMBOTHEXPERIMENTALLYANDANALYTICALLYTHEYFOUNDTHATWRINKLINGCOULDOCCURHAVINGTWOCIRCUMFERENTIALWAVESACCORDINGTOTHEIRTHEORETICALANALYSIS,WHEREASTHEEXPERIMENTALRESULTSINDICATEDFOURTOSIXWRINKLESNARAYANASAMYANDSOWERBY4EXAMINEDTHEWRINKLINGOFSHEETMETALWHENDRAWINGITTHROUGHACONICALDIEUSINGFLATBOTTOMEDANDHEMISPHERICALENDEDPUNCHESTHEYALSOATTEMPTEDTORANKTHEPROPERTIESTHATAPPEAREDTOSUPPRESSWRINKLINGTHESEEFFORTSAREFOCUSEDONTHEWRINKLINGPROBLEMSASSOCIATEDWITHTHEFORMINGOPERATIONSOFSIMPLESHAPESONLY,SUCHASACIRCULARCUPINTHEEARLY1990S,THESUCCESSFULAPPLICATIONOFTHE3DDYNAMIC/EXPLICITFINITEELEMENTMETHODTOTHESHEETMETALFORMINGPROCESSMADEITPOSSIBLETOANALYSETHEWRINKLINGPROBLEMINVOLVEDINSTAMPINGCOMPLEXSHAPESINTHEPRESENTSTUDY,THE3DFINITEELEMENTMETHODWASEMPLOYEDTOANALYSETHEEFFECTSOFTHEPROCESSPARAMETERSONTHEMETALFLOWCAUSINGWRINKLESATTHEDRAWWALLINTHESTAMPINGOFATAPEREDSQUARECUP,ANDOFASTEPPEDRECTANGULARPARTATAPEREDSQUARECUP,ASSHOWNINFIG1A,HASANINCLINEDDRAWWALLONEACHSIDEOFTHECUP,SIMILARTOTHATEXISTINGINACONICALCUPDURINGTHESTAMPINGPROCESS,THESHEETMETALONTHEDRAWWALLISRELATIVELYUNSUPPORTED,ANDISTHEREFOREPRONETOWRINKLINGINTHEPRESENTSTUDY,THEEFFECTOFVARIOUSPROCESSPARAMETERSONTHEWRINKLINGWASINVESTIGATEDINTHECASEOFASTEPPEDRECTANGULARPART,ASSHOWNINFIG1B,ANOTHERTYPEOFWRINKLINGISOBSERVEDINORDERTOESTIMATETHEEFFECTIVENESSOFTHEANALYSIS,ANACTUALPRODUCTIONPARTWITHSTEPPEDGEOMETRYWASEXAMINEDINTHEPRESENTSTUDYTHECAUSEOFTHEWRINKLINGWASDETERMINEDUSINGFINITEELEMENTANALYSIS,ANDANOPTIMUMDIEDESIGNWASPROPOSEDTOELIMINATETHEWRINKLESTHEDIEDESIGNOBTAINEDFROMFINITEELEMENTANALYSISWASVALIDATEDBYOBSERVATIONSONANACTUALPRODUCTIONPART2FINITEELEMENTMODELTHETOOLINGGEOMETRY,INCLUDINGTHEPUNCH,DIEANDBLANKHOLDER,WEREDESIGNEDUSINGTHECADPROGRAMPRO/ENGINEERBOTHTHE3NODEAND4NODESHELLELEMENTSWEREADOPTEDTOGENERATETHEMESHSYSTEMSFORTHEABOVETOOLINGUSINGTHESAMECADPROGRAMFORTHEFINITEELEMENTSIMULATION,THETOOLINGISCONSIDEREDTOBERIGID,ANDTHECORRESPONDINGMESHESAREUSEDONLYTODEFINETHETOOLINGGEOMETRYANDARENOTFORSTRESSANALYSISTHESAMECADPROGRAMUSING4NODESHELLELEMENTSWASEMPLOYEDTOCONSTRUCTTHEMESHSYSTEMFORTHESHEETBLANKFIGURE2SHOWSTHEMESHSYSTEMFORTHECOMPLETESETOFTOOLINGANDTHESHEETBLANKUSEDINTHESTAMPINGOFATAPEREDSQUARECUPOWINGTOTHESYMMETRICCONDITIONS,ONLYAQUARTEROFTHESQUARECUPISANALYSEDINTHESIMULATION,THESHEETBLANKISPUTONTHEBLANKHOLDERANDTHEDIEISMOVEDDOWNTOCLAMPTHESHEETBLANKAGAINSTTHEBLANKHOLDERTHEPUNCHISTHENMOVEDUPTODRAWTHESHEETMETALINTOTHEDIECAVITYINORDERTOPERFORMANACCURATEFINITEELEMENTANALYSIS,THEACTUALSTRESSSTRAINRELATIONSHIPOFTHESHEETMETALISREQUIREDASPARTOFTHEINPUTDATAINTHEPRESENTSTUDY,SHEETMETALWITHDEEPDRAWINGQUALITYISUSEDINTHESIMULATIONSATENSILETESTHASBEENCONDUCTEDFORTHESPECIMENSCUTALONGPLANESCOINCIDINGWITHTHEROLLINGDIRECTION0ANDATANGLESOF45AND90TOTHEROLLINGDIRECTIONTHEAVERAGEFLOWSTRESS,CALCULATEDFROMTHEEQUATION024590/4,FOREACHMEASUREDTRUESTRAIN,ASSHOWNINFIG3,ISUSEDFORTHESIMULATIONSFORTHESTAMPINGSOFTHETAPEREDSQUARECUPANDALSOFORTHESTEPPEDRECTANGULARCUPALLTHESIMULATIONSPERFORMEDINTHEPRESENTSTUDYWERERUNONANSGIINDIGO2WORKSTATIONUSINGTHEFINITEELEMENTPROGRAMPAMFSTAMPTOCOMPLETETHESETOFINPUTDATAREQUIREDFIG3THESTRESSSTRAINRELATIONSHIPFORTHESHEETMETALDRAWWALLWRINKLINGINASTAMPINGDIEDESIGN255FORTHESIMULATIONS,THEPUNCHSPEEDISSETTO10MS1ANDACOEFFICIENTOFCOULOMBFRICTIONEQUALTO01ISASSUMED3WRINKLINGINATAPEREDSQUARECUPASKETCHINDICATINGSOMERELEVANTDIMENSIONSOFTHETAPEREDSQUARECUPISSHOWNINFIG1AASSEENINFIG1A,THELENGTHOFEACHSIDEOFTHESQUAREPUNCHHEAD2WP,THEDIECAVITYOPENING2WD,ANDTHEDRAWINGHEIGHTHARECONSIDEREDASTHECRUCIALDIMENSIONSTHATAFFECTTHEWRINKLINGHALFOFTHEDIFFERENCEBETWEENTHEDIMENSIONSOFTHEDIECAVITYOPENINGANDTHEPUNCHHEADISTERMEDTHEDIEGAPGINTHEPRESENTSTUDY,IEGWDWPTHEEXTENTOFTHERELATIVELYUNSUPPORTEDSHEETMETALATTHEDRAWWALLISPRESUMABLYDUETOTHEDIEGAP,ANDTHEWRINKLESARESUPPOSEDTOBESUPPRESSEDBYINCREASINGTHEBLANKHOLDERFORCETHEEFFECTSOFBOTHTHEDIEGAPANDTHEBLANKHOLDERFORCEINRELATIONTOTHEOCCURRENCEOFWRINKLINGINTHESTAMPINGOFATAPEREDSQUARECUPAREINVESTIGATEDINTHEFOLLOWINGSECTIONS31EFFECTOFDIEGAPINORDERTOEXAMINETHEEFFECTOFDIEGAPONTHEWRINKLING,THESTAMPINGOFATAPEREDSQUARECUPWITHTHREEDIFFERENTDIEGAPSOF20MM,30MM,AND50MMWASSIMULATEDINEACHSIMULATION,THEDIECAVITYOPENINGISFIXEDAT200MM,ANDTHECUPISDRAWNTOTHESAMEHEIGHTOF100MMTHESHEETMETALUSEDINALLTHREESIMULATIONSISA380MM380MMSQUARESHEETWITHTHICKNESSOF07MM,THESTRESSSTRAINCURVEFORTHEMATERIALISSHOWNINFIG3THESIMULATIONRESULTSSHOWTHATWRINKLINGOCCURREDINALLTHREETAPEREDSQUARECUPS,ANDTHESIMULATEDSHAPEOFTHEDRAWNCUPFORADIEGAPOF50MMISSHOWNINFIG4ITISSEENINFIG4THATTHEWRINKLINGISDISTRIBUTEDONTHEDRAWWALLANDISPARTICULARLYOBVIOUSATTHECORNERBETWEENADJACENTWALLSITISSUGGESTEDTHATTHEWRINKLINGISDUETOTHELARGEUNSUPPORTEDAREAATTHEDRAWWALLDURINGTHESTAMPINGPROCESS,ALSO,THESIDELENGTHOFTHEPUNCHHEADANDTHEDIECAVITYFIG4WRINKLINGINATAPEREDSQUARECUPG50MMOPENINGAREDIFFERENTOWINGTOTHEDIEGAPTHESHEETMETALSTRETCHEDBETWEENTHEPUNCHHEADANDTHEDIECAVITYSHOULDERBECOMESUNSTABLEOWINGTOTHEPRESENCEOFCOMPRESSIVETRANSVERSESTRESSESTHEUNCONSTRAINEDSTRETCHINGOFTHESHEETMETALUNDERCOMPRESSIONSEEMSTOBETHEMAINCAUSEFORTHEWRINKLINGATTHEDRAWWALLINORDERTOCOMPARETHERESULTSFORTHETHREEDIFFERENTDIEGAPS,THERATIOOFTHETWOPRINCIPALSTRAINSISINTRODUCED,BEINGMIN/MAX,WHEREMAXANDMINARETHEMAJORANDTHEMINORPRINCIPALSTRAINS,RESPECTIVELYHOSFORDANDCADDELL5HAVESHOWNTHATIFTHEABSOLUTEVALUEOFISGREATERTHANACRITICALVALUE,WRINKLINGISSUPPOSEDTOOCCUR,ANDTHELARGERTHEABSOLUTEVALUEOF,THEGREATERISTHEPOSSIBILITYOFWRINKLINGTHEVALUESALONGTHECROSSSECTIONMNATTHESAMEDRAWINGHEIGHTFORTHETHREESIMULATEDSHAPESWITHDIFFERENTDIEGAPS,ASMARKEDINFIG4,AREPLOTTEDINFIG5ITISNOTEDFROMFIG5THATSEVEREWRINKLESARELOCATEDCLOSETOTHECORNERANDFEWERWRINKLESOCCURINTHEMIDDLEOFTHEDRAWWALLFORALLTHREEDIFFERENTDIEGAPSITISALSONOTEDTHATTHEBIGGERTHEDIEGAP,THELARGERISTHEABSOLUTEVALUEOFCONSEQUENTLY,INCREASINGTHEDIEGAPWILLINCREASETHEPOSSIBILITYOFWRINKLINGOCCURRINGATTHEDRAWWALLOFTHETAPEREDSQUARECUP32EFFECTOFTHEBLANKHOLDERFORCEITISWELLKNOWNTHATINCREASINGTHEBLANKHOLDERFORCECANHELPTOELIMINATEWRINKLINGINTHESTAMPINGPROCESSINORDERTOSTUDYTHEEFFECTIVENESSOFINCREASEDBLANKHOLDERFORCE,THESTAMPINGOFATAPEREDSQUARECUPWITHDIEGAPOF50MM,WHICHISASSOCIATEDWITHSEVEREWRINKLINGASSTATEDABOVE,WASSIMULATEDWITHDIFFERENTVALUESOFBLANKHOLDERFORCETHEBLANKHOLDERFORCEWASINCREASEDFROM100KNTO600KN,WHICHYIELDEDABLANKHOLDERPRESSUREOF033MPAAND198MPA,RESPECTIVELYTHEREMAININGSIMULATIONCONDITIONSAREMAINTAINEDTHESAMEASTHOSESPECIFIEDINTHEPREVIOUSSECTIONANINTERMEDIATEBLANKHOLDERFORCEOF300KNWASALSOUSEDINTHESIMULATIONTHESIMULATIONRESULTSSHOWTHATANINCREASEINTHEBLANKHOLDERFORCEDOESNOTHELPTOELIMINATETHEWRINKLINGTHATOCCURSATTHEDRAWWALLTHEVALUESALONGTHECROSSSECTIONFIG5VALUEALONGTHECROSSSECTIONMNFORDIFFERENTDIEGAPS256FKCHENANDYCLIAOMN,ASMARKEDINFIG4,ARECOMPAREDWITHONEANOTHERFORTHESTAMPINGPROCESSESWITHBLANKHOLDERFORCEOF100KNAND600KNTHESIMULATIONRESULTSINDICATETHATTHEVALUESALONGTHECROSSSECTIONMNAREALMOSTIDENTICALINBOTHCASESINORDERTOEXAMINETHEDIFFERENCEOFTHEWRINKLESHAPEFORTHETWODIFFERENTBLANKHOLDERFORCES,FIVECROSSSECTIONSOFTHEDRAWWALLATDIFFERENTHEIGHTSFROMTHEBOTTOMTOTHELINEMN,ASMARKEDINFIG4,AREPLOTTEDINFIG6FORBOTHCASESITISNOTEDFROMFIG6THATTHEWAVINESSOFTHECROSSSECTIONSFORBOTHCASESISSIMILARTHISINDICATESTHATTHEBLANKHOLDERFORCEDOESNOTAFFECTTHEOCCURRENCEOFWRINKLINGINTHESTAMPINGOFATAPEREDSQUARECUP,BECAUSETHEFORMATIONOFWRINKLESISMAINLYDUETOTHELARGEUNSUPPORTEDAREAATTHEDRAWWALLWHERELARGECOMPRESSIVETRANSVERSESTRESSESEXISTTHEBLANKHOLDERFORCEHASNOINFLUENCEONTHEINSTABILITYMODEOFTHEMATERIALBETWEENTHEPUNCHHEADANDTHEDIECAVITYSHOULDER4STEPPEDRECTANGULARCUPINTHESTAMPINGOFASTEPPEDRECTANGULARCUP,WRINKLINGOCCURSATTHEDRAWWALLEVENTHOUGHTHEDIEGAPSARENOTSOSIGNIFICANTFIGURE1BSHOWSASKETCHOFAPUNCHSHAPEUSEDFORSTAMPINGASTEPPEDRECTANGULARCUPINWHICHTHEDRAWWALLCISFOLLOWEDBYASTEPDEANACTUALPRODUCTIONPARTTHATHASTHISTYPEOFGEOMETRYWASEXAMINEDINTHEPRESENTSTUDYTHEMATERIALUSEDFORTHISPRODUCTIONPARTWAS07MMTHICK,ANDTHESTRESSSTRAINRELATIONOBTAINEDFROMTENSILETESTSISSHOWNINFIG3THEPROCEDUREINTHEPRESSSHOPFORTHEPRODUCTIONOFTHISSTAMPINGPARTCONSISTSOFDEEPDRAWINGFOLLOWEDBYTRIMMINGINTHEDEEPDRAWINGPROCESS,NODRAWBEADISEMPLOYEDONTHEDIESURFACETOFACILITATETHEMETALFLOWHOWEVER,OWINGTOTHESMALLPUNCHCORNERRADIUSANDCOMPLEXGEOMETRY,ASPLITOCCURREDATTHETOPEDGEOFTHEPUNCHANDWRINKLESWEREFOUNDTOOCCURATTHEDRAWWALLOFTHEACTUALPRODUCTIONPART,ASSHOWNINFIG7ITISSEENFROMFIG7THATWRINKLESAREDISTRIBUTEDONTHEDRAWWALL,BUTAREMORESEVEREATTHECORNEREDGESOFTHESTEP,ASMARKEDBYADANDBEINFIG1BTHEMETALISTORNAPARTALONGTHEWHOLETOPEDGEOFTHEPUNCH,ASSHOWNINFIG7,TOFORMASPLITINORDERTOPROVIDEAFURTHERUNDERSTANDINGOFTHEDEFORMATIONOFTHESHEETBLANKDURINGTHESTAMPINGPROCESS,AFINITEELEMENTANALYSISWASCONDUCTEDTHEFINITEELEMENTSIMULATIONWASFIRSTPERFORMEDFORTHEORIGINALDESIGNTHESIMULATEDSHAPEOFTHEPARTISSHOWNFROMFIG8ITISNOTEDFROMFIG8THATTHEMESHATTHETOPEDGEOFTHEPARTISSTRETCHEDFIG6CROSSSECTIONLINESATDIFFERENTHEIGHTSOFTHEDRAWWALLFORDIFFERENTBLANKHOLDERFORCESA100KNB600KNFIG7SPLITANDWRINKLESINTHEPRODUCTIONPARTFIG8SIMULATEDSHAPEFORTHEPRODUCTIONPARTWITHSPLITANDWRINKLESSIGNIFICANTLY,ANDTHATWRINKLESAREDISTRIBUTEDATTHEDRAWWALL,SIMILARTOTHOSEOBSERVEDINTHEACTUALPARTTHESMALLPUNCHRADIUS,SUCHASTHERADIUSALONGTHEEDGEAB,ANDTHERADIUSOFTHEPUNCHCORNERA,ASMARKEDINFIG1B,ARECONSIDEREDTOBETHEMAJORREASONSFORTHEWALLBREAKAGEHOWEVER,ACCORDINGTOTHERESULTSOFTHEFINITEELEMENTANALYSIS,SPLITTINGCANBEAVOIDEDBYINCREASINGTHEABOVEMENTIONEDRADIITHISCONCEPTWASVALIDATEDBYTHEACTUALPRODUCTIONPARTMANUFACTUREDWITHLARGERCORNERRADIISEVERALATTEMPTSWEREALSOMADETOELIMINATETHEWRINKLINGFIRST,THEBLANKHOLDERFORCEWASINCREASEDTOTWICETHEORIGINALVALUEHOWEVER,JUSTASFORTHERESULTSOBTAINEDINTHEPREVIOUSSECTIONFORTHEDRAWINGOFTAPEREDSQUARECUP,THEEFFECTOFBLANKHOLDERFORCEONTHEELIMINATIONOFWRINKLINGWASNOTFOUNDTOBESIGNIFICANTTHESAMERESULTSAREALSOOBTAINEDBYINCREASINGTHEFRICTIONORINCREASINGTHEBLANKSIZEWECONCLUDETHATTHISKINDOFWRINKLINGCANNOTBESUPPRESSEDBYINCREASINGTHESTRETCHINGFORCESINCEWRINKLESAREFORMEDBECAUSEOFEXCESSIVEMETALFLOWINCERTAINREGIONS,WHERETHESHEETISSUBJECTEDTOLARGECOMPRESSIVESTRESSES,ASTRAIGHTFORWARDMETHODOFELIMINATINGTHEWRINKLESISTOADDDRAWBARSINTHEWRINKLEDAREATOABSORBTHEREDUNDANTMATERIALTHEDRAWBARSSHOULDBEADDEDPARALLELTOTHEDIRECTIONOFTHEWRINKLESSOTHATTHEREDUNDANTMETALCANBEABSORBEDEFFECTIVELYBASEDONTHISCONCEPT,TWODRAWBARSAREADDEDTOTHEADJACENTWALLS,ASSHOWNINFIG9,TOABSORBTHEEXCESSIVEMATERIALTHESIMULATIONRESULTSSHOWTHATTHEDRAWWALLWRINKLINGINASTAMPINGDIEDESIGN257FIG9DRAWBARSADDEDTOTHEDRAWWALLSWRINKLESATTHECORNEROFTHESTEPAREABSORBEDBYTHEDRAWBARSASEXPECTED,HOWEVERSOMEWRINKLESSTILLAPPEARATTHEREMAININGWALLTHISINDICATESTHENEEDTOPUTMOREDRAWBARSATTHEDRAWWALLTOABSORBALLTHEEXCESSMATERIALTHISIS,HOWEVER,NOTPERMISSIBLEFROMCONSIDERATIONSOFTHEPARTDESIGNONEOFTHEADVANTAGESOFUSINGFINITEELEMENTANALYSISFORTHESTAMPINGPROCESSISTHATTHEDEFORMEDSHAPEOFTHESHEETBLANKCANBEMONITOREDTHROUGHOUTTHESTAMPINGPROCESS,WHICHISNOTPOSSIBLEINTHEACTUALPRODUCTIONPROCESSACLOSELOOKATTHEMETALFLOWDURINGTHESTAMPINGPROCESSREVEALSTHATTHESHEETBLANKISFIRSTDRAWNINTOTHEDIECAVITYBYTHEPUNCHHEADANDTHEWRINKLESARENOTFORMEDUNTILTHESHEETBLANKTOUCHESTHESTEPEDGEDEMARKEDINFIG1BTHEWRINKLEDSHAPEISSHOWNINFIG10THISPROVIDESVALUABLEINFORMATIONFORAPOSSIBLEMODIFICATIONOFDIEDESIGNANINITIALSURMISEFORTHECAUSEOFTHEOCCURRENCEOFWRINKLINGISTHEUNEVENSTRETCHOFTHESHEETMETALBETWEENTHEPUNCHCORNERRADIUSAANDTHESTEPCORNERRADIUSD,ASINDICATEDINFIG1BTHEREFOREAMODIFICATIONOFDIEDESIGNWASCARRIEDOUTINWHICHTHESTEPCORNERWASCUTOFF,ASSHOWNINFIG11,SOTHATTHESTRETCHCONDITIONISCHANGEDFAVOURABLY,WHICHALLOWSMORESTRETCHTOBEAPPLIEDBYINCREASINGTHESTEPEDGESHOWEVER,WRINKLESWERESTILLFOUNDATTHEDRAWWALLOFTHECUPTHISRESULTIMPLIESTHATWRINKLESAREINTRODUCEDBECAUSEOFTHEUNEVENSTRETCHBETWEENTHEWHOLEPUNCHHEADEDGEANDTHEWHOLESTEPEDGE,NOTMERELYBETWEENTHEPUNCHCORNERANDFIG10WRINKLEFORMEDWHENTHESHEETBLANKTOUCHESTHESTEPPEDEDGEFIG11CUTOFFOFTHESTEPPEDCORNERTHESTEPCORNERINORDERTOVERIFYTHISIDEA,TWOMODIFICATIONSOFTHEDIEDESIGNWERESUGGESTEDONEISTOCUTTHEWHOLESTEPOFF,ANDTHEOTHERISTOADDONEMOREDRAWINGOPERATION,THATIS,TODRAWTHEDESIREDSHAPEUSINGTWODRAWINGOPERATIONSTHESIMULATEDSHAPEFORTHEFORMERMETHODISSHOWNINFIG12SINCETHELOWERSTEPISCUTOFF,THEDRAWINGPROCESSISQUITESIMILARTOTHATOFARECTANGULARCUPDRAWING,ASSHOWNINFIG12ITISSEENINFIG12THATTHEWRINKLESWEREELIMINATEDINTHETWOOPERATIONDRAWINGPROCESS,THESHEETBLANKWASFIRSTDRAWNTOTHEDEEPERSTEP,ASSHOWNINFIG13ASUBSEQUENTLY,THELOWERSTEPWASFORMEDINTHESECONDDRAWINGOPERATION,ANDTHEDESIREDSHAPEWASTHENOBTAINED,ASSHOWNINFIG13BITISSEENCLEARLYINFIG13BTHATTHESTEPPEDRECTANGULARCUPCANBEMANUFACTUREDWITHOUTWRINKLING,BYATWOOPERATIONDRAWINGPROCESSITSHOULDALSOBENOTEDTHATINTHETWOOPERATIONDRAWINGPROCESS,IFANOPPOSITESEQUENCEISAPPLIED,THATIS,THELOWERSTEPISFORMEDFIRSTANDISFOLLOWEDB
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