本科畢業(yè)設計說明書（論文）第I頁共頁目錄1緒論.11.1引言.11.2方盒件變壓邊力沖壓成形的主要研究方向.21.2.1沖壓成形工藝.21.2.2變壓邊力.21.2.3板料沖壓成形CAE分析方法.31.3主要研究目標及內容.41.4論文的組織結構.52方盒件沖壓成形工藝理論分析.72.1方盒件成形的拉深成形原理.72.2方盒形件變形特點.82.3方盒形件主要拉深失效形式.93方盒形件成形過程的變壓邊力分析與研究.123.1臨界壓邊力影響因素分析.123.2板料成形安全區(qū)域研究.143.3變壓邊力中的控制曲線.153.4仿真與分析步驟.154基于CAD/CAE的方盒件變壓邊力沖壓成形仿真與建模.174.1DYNAFORM軟件概述.174.2基于CAD/CAE的方盒件模型建立.184.3方盒件沖壓工藝模擬與分析前處理.194.4方盒件沖壓工藝模擬與后處理分析.214.5不同壓邊力控制曲線仿真結果及分析.224.6同一壓邊力不同控制曲線結果分析.294.7小結.32結束語.33致謝.34參考文獻.35本科畢業(yè)設計說明書（論文）第1頁共36頁1緒論1.1引言拉深是板料沖壓成形中的主要成形方式,在汽車、航空航天、石油化工等諸多等領域均有廣泛的應用。例如,汽車車身覆蓋件、大油罐等的成形均采用拉深工藝。然而,如何保證板料塑性成形零件的質量,降低廢品率,減少模具的返工,縮短模具設計周期,一直是板料塑性成形領域的一大難點。板料成形過程包括了非常復雜的物理現象,涉及力學中的三大非線性問題:幾何非線性、物理非線形和邊界非線性1。因此,難以用傳統的彈塑性理論的解析法進行研究。利用傳統的方法進行沖壓件工藝分析時，為了避免材料成形過程中出現斷裂、起皺、頸縮等不良影響，必須反復修改成形加工的某些參數或修改模具形狀，使得工藝過程耗資大、產品開發(fā)周期長，已不能適應激烈的場競爭和現代工業(yè)的發(fā)展要求。隨著計算機技術的迅速發(fā)展及有限元方法的成熟,特別是商用有限元軟件的不斷完善,促進了板料成形中數值模擬技術的發(fā)展。該技術減少了試模過程,縮短了產品開發(fā)周期,降低了成本，對提高制成品的制成質量提供了良好的保障。方盒形件廣泛應用于電子部件和汽車部件中，如電池盒、半導體盒和汽車反光鏡、汽車油箱等。在實際生產中拉深件多為非軸對稱形狀，而方盒形件是典型的非軸對稱形的拉深件，在方盒形件拉深過程中材料的變形較為復雜，因此以方盒形件為研究對象對拉深工藝作進一步的探討更具有實際意義2。傳統的壓力機在沖壓過程中壓邊力一般為恒定值，這制約了材料的成形性能，也影響了沖壓件的尺寸精度和穩(wěn)定性。為了獲得更好的成形質量，變壓邊力控制曲線對成形性能的影響和變壓邊力預測成為目前沖壓技術研究的關鍵技術之一。因此，選用非軸對稱件方盒件，借助CAE對不同類型壓邊力控制曲線的板料成型性能的仿真，尋找合適的壓邊力控制曲線，將彈塑性力學理論和人工智能技術結合起來，提出預測板料拉伸過程中壓邊力控制曲線的辦法，大幅度減少設計和試驗的工作量，降低成本費用，提高板料的成形性能，最終奠定對復雜形狀沖壓件壓邊力的智能預測研究的基礎，對智能數控沖壓機床的研究和設計都具有重要的現實意義。本課題針對方盒件沖壓成形對壓邊力控制的要求，采用變壓邊力方式，首先選取了簡單的非軸對稱件方盒形件作為研究起點，借助CAD/CAE手段通過對不同類型壓邊力控制曲線的板料成形性能仿真，尋找合適的壓邊力控制曲線，探討方盒件沖壓本科畢業(yè)設計說明書（論文）第2頁共36頁成形工藝。1.2方盒件變壓邊力沖壓成形的主要研究方向盒形件是金屬薄板拉深成形中較為典型的沖壓件，其變形規(guī)律具有一定的典型性，研究這類件的成形規(guī)律，不僅對這類件成形工藝參數和工藝步驟的確定是至關重要的，同時也是進一步認識復雜件成形規(guī)律的基礎。因此國內外對此展開了大量的研究。主要集中在沖壓成形工藝、變壓邊力和板料沖壓成形CAE分析方法等方向上。1.2.1沖壓成形工藝板料成形加工是金屬加工的一種重要工藝方法，它不僅生產效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善金屬材料的力學性能和組織，因而在國民經濟中得到了極為廣泛的應用，特別是在航空、宇航、汽車、造船、電器、五金等工業(yè)部門。板料沖壓成形的方式有很多，通?？捎盟姆N基本變形方式來認識，即膨脹、拉延、伸長類翻邊以及彎曲變形板料沖壓成形的方式有很多，通?？捎盟姆N基本變形方式來認識，即膨脹、拉延、伸長類翻邊以及彎曲變形3。一般來說，板料成形性能依賴于壓力、拉力、拉伸速率、溫度這些與金屬抗伸長斷裂有關的因素，金屬材料的尺寸、形狀、第二相微粒的分布狀況等對其性能影響也很大4。沖壓是一種高效率的生產方式，適用于大批量的生產，其材料的成本占生產成本的60%80%，材料利用率的高低主要取決于排樣方案的優(yōu)劣。根據不同的加工工藝與加工方式，有普通單排、普通雙排、對頭單排、雙頭雙排4種排樣方式可供選擇。在金屬材料成形中，材料的成形過程受到材料的參數，工藝參數，材料尺寸等諸多因素的影響，其中材料參數主要包括材料的抗疲勞強度，屈順強度，應變硬化指數，各向異性指數等。工藝方面參數主要是指沖壓速度，壓邊力的大小和分布，成形潤滑情況等等5,6。1.2.2變壓邊力變壓邊力技術研究的關鍵在于：如何在保證成形質量前提下改善材料的成形極限。變壓邊力可以分為隨時間變化的變壓邊力、隨位置變化的變壓邊力、隨時間和位置綜合變化的變壓邊力。(1)隨時間變化的變壓邊力對成形性能的影響：隨時間變化的變化的變壓邊力是指在薄板成形過程中，在壓邊圈采用整體壓邊圈的前提下，壓邊力僅隨凸模行程變化的變壓邊力，采用這種壓邊力可以有效改善材料的成形性能。本科畢業(yè)設計說明書（論文）第3頁共36頁意大利的巴勒莫大學的L.Fratini和F.Micari進行了大量的模擬和實驗，對不同材料和拉深比的軸對稱件在不同壓邊力變化方式下進行成形性能研究，得出選擇恰當的漸增的壓邊力變化方式可以使拉深深度最大的結論。新加坡的S.Thiruvarudchelvan以鋁板、銅板杯形件拉深為例，分析了壓邊力與沖壓力成正比（約34）拉深過程，在實驗的基礎上得出采用變壓邊力形式將有利于提高圓筒形件的成形質量，降低了拉延開始時的拉裂危險性，消除起皺時所用的最大壓邊力比采用恒壓邊力所需最大壓邊力要小，并且杯壁部分的減薄量小于恒定壓邊力作用時的減薄量。Ahmetoglu等人對漸減式壓邊力曲線進行了進一步的實驗研究，實驗和有限元分析的結果表明，從較大的壓邊力逐步減少到僅能消除起皺的恒定壓邊力的變化曲線能顯著減小法蘭起皺的高度，并且可以避免較大的恒定壓邊力所造成的斷裂。(2)隨位置變化的變壓邊力對成形性能的影響：隨位置變化的變壓邊力是指在薄板成形過程中,在沖壓件的法蘭區(qū)不同位置施加大小不同但恒定的壓邊力，采用這種變壓邊力控制技術,不僅可以提高薄板的成形性能,減少和消除成形過程中起皺和斷裂等缺陷,而且能提高沖壓件的尺寸精度和沖壓過程的穩(wěn)定性。(3)隨時間和位置綜合變化的變壓邊力對成形性能的影響：隨時間和位置綜合變化的變壓邊力是指在薄板成形過程中,在沖壓件的不同位置施加大小不同的壓邊力。這種變壓邊力技術是綜合隨時間變化的變壓邊力技術和隨位置變化的變壓邊力技術，其更能提升材料成形性能。特別是對非對稱件，這種變壓邊力更能改善材料的成形極限和質量。目前,國內外對變壓邊力改善板料成形性能的內在機理仍不夠十分了解，研究結果不能直接用于指導實際生產，同時，最佳變壓邊力的確定仍依賴于手工“試錯”，并且缺乏有效的確定最佳變壓邊力優(yōu)化設計方法。研究發(fā)現，通過數值模擬與正交優(yōu)化的有效結合，對方盒件成形進行研