1、 臺 州 學(xué) 院機械工程學(xué)院Q235鋼筒形件拉深的FEA分析報告班級 xxxxxxxxx 學(xué)號 xxxxxx xxxxx 名字 xxxxxxx 完成日期 xxxxx 年 xx 月 xx 日1目 錄一、 問題描述1二、 FEA模型確立12.1模型簡化與網(wǎng)格劃分12.2邊界和載荷條件22.3接觸和摩擦32.4材料性能參數(shù)5三、 結(jié)果分析與討論63.1 變形機理分析63.2模具和工藝參數(shù)影響性分析73.2.1凸凹模間隙的影響73.2.2凸模圓角半徑的影響83.2.3凹模圓角半徑的影響93.2.4凸模和板料摩擦系數(shù)的影響93.2.5 凹模和板料摩擦系數(shù)的影響103.2.6壓邊力的影響11四、 總結(jié)12

2、1、 問題描述如下圖所示為筒形件拉深的示意圖，尺寸如下圖所示，凸模半徑為50mm，凹模半徑為51.25mm，壓邊圈半徑為56.25mm，壓邊力為3000N，材料為Q235，楊氏模量為210GPa，泊松比為0.33，拉深的筒形件深度為45mm，即凸模行程向下45mm。圖1-1 模型示意圖結(jié)果要求：1. 出一張變形態(tài)圖2. 拉深結(jié)束應(yīng)變從杯子心部到法蘭邊緣的分布圖，說明破裂的位置。3. 模具和工藝參數(shù)影響性分析。2、 FEA模型確立2.1模型簡化與網(wǎng)格劃分根據(jù)幾何的軸對稱特性選擇軸對稱模型拉深材料對稱軸diepunchholder圖2-1-1 簡化的軸對稱模型圖 2-1-2 四邊形網(wǎng)格劃分 Pun

3、ch部分劃分成39個部分，其中彎曲圓角部分為15 網(wǎng)格類型：RAX2Die 部分劃分40個部分，其中彎曲圓角部分為10 網(wǎng)格類型：RAX2Holder 部分劃分成34個部分 網(wǎng)格類型：RAX2Blank 部分劃分成40個部分 網(wǎng)格類型：CAX4R一共劃分成153個部分2.2邊界和載荷條件邊界Step-1 holder forcePunchàU1=0, U2=0, UR3=0固定凸模Die àU1=0, U2=0, UR3=0固定凹模HolderàU1=0, UR3=0約束壓邊圈x方向，y方向自由Blank 左側(cè)對稱面約束X方向，U1=0Step-2 punchin

4、gPunch U1=0, U2=-45 , UR3=0 凸模向下運動45mmStep-3 remove dieBlank U1=0，U2=0，U3=0,固定拉深件Step-4 spring backBlank 計算回彈時右側(cè)上點約束U1=0, U2=0, UR3=0圖2-2-1 材料的邊界條件載荷Holder加壓邊力，y方向加Concentrate force, CF2=-3000N圖2-2-2 材料上施加的載荷2.3接觸和摩擦Blank和punch接觸 摩擦系數(shù)為0.1圖2-3-1 blank和punch接觸Blank和die 接觸 摩擦系數(shù)為0.08圖2-3-2 blank和die接觸Bl

5、ank和holder接觸 摩擦系數(shù)為0.1圖2-3-3 blank和holder接觸2.4材料性能參數(shù)材料：Q235，楊氏模量為210GPa，泊松比為0.33，屈服強度為235MPa.材料的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線如下圖所示，材料的名義屈服應(yīng)力為235MPa，名義應(yīng)變?yōu)?.03，從而得知真實應(yīng)力為242MPa,真實應(yīng)變?yōu)?.03，塑性應(yīng)變?yōu)?.當(dāng)材料到達(dá)屈服極限時，名義應(yīng)力為400MPa，名義應(yīng)變?yōu)?.15真實應(yīng)力為460MPa,真實應(yīng)變?yōu)?.14，塑性應(yīng)變?yōu)?.圖2-4-1 材料應(yīng)力應(yīng)變曲線參考資料：鋼真實應(yīng)力應(yīng)變曲線研究 田芳，劉財喜，劉芳，羅武，鄧瑞基，陳勝銘，羅迎社 （中南林業(yè)科技大學(xué)流變力學(xué)

6、與材料工程研究所，湖南長沙）圖2-4-2 Q235成形極限圖3、 結(jié)果分析與討論3.1 變形機理分析拉深前后相應(yīng)于筒壁部分的材料周向受到壓縮變形，徑向受到拉深變形，變形程度沿筒高方向增長，且圓角以上部位周向壓縮變形大于徑向伸長變形。周向受壓的材料向筒壁厚度和高度方向轉(zhuǎn)移，越靠近口部需要轉(zhuǎn)移的材料越多，故壁厚和硬度越高。筒底圓角稍上部位的材料，拉深開始時處于凸、凹模之間，周向壓縮小，需要轉(zhuǎn)移的材料少，變形硬化程度低，又受不到凸模圓角處的有益摩擦作用，故成為筒壁部分承載最弱的部分，該位置成為拉深斷裂可能發(fā)生的危險截面。位于凹模圓角部分的材料，周向受壓，徑向受拉，同時外側(cè)還受到凹模圓角的頂壓作用，沿

7、厚向產(chǎn)生壓應(yīng)力，該區(qū)徑向拉應(yīng)力大于周向壓應(yīng)力，當(dāng)坯料流過凹模圓角時，同時受到摩擦、彎曲和拉直作用，容易發(fā)生起皺現(xiàn)象。如下圖所示：容易起皺位置危險截面容易拉裂位置 圖3-1-1 材料變形應(yīng)力分布圖3.2模具和工藝參數(shù)影響性分析3.2.1凸凹模間隙的影響凸凹模間隙是拉深模的重要參數(shù)，可以從下表中看到，間隙過小時，最小壁厚最小，容易在危險斷面破裂。間隙過大時，最小壁厚較大，拉深時對工件的校直作用小，影響零件的尺寸精度。影響因素結(jié)果凸凹模間隙凸模圓角半徑凹模圓角半徑凸模和板料摩擦系數(shù)凹模和板料摩擦系數(shù)壓邊力最小壁厚最大應(yīng)力最大應(yīng)變周向壓應(yīng)變徑向拉應(yīng)變起皺風(fēng)險1.251350.10.0830000.90

8、4715330.2010.4930.2750.377無1.21350.10.0830000.905547332.4140.4990.2730.38無1.151350.10.0830000.9044482324.280.5040.2730.382無1.11350.10.0830000.900497320.5030.510.2730.386無1.051350.10.0830000.897396332.7580.5210.2740.393無表3-2-1 凸凹模間隙的影響圖3-2-1 凸凹模間隙對起皺的影響3.2.2凸模圓角半徑的影響凸模圓角半徑過小時，會使危險斷面附近過度變薄，從而降低了最大承載能力

9、，發(fā)生斷裂。影響因素結(jié)果凸凹模間隙凸模圓角半徑凹模圓角半徑凸模和板料摩擦系數(shù)凹模和板料摩擦系數(shù)壓邊力最小壁厚最大應(yīng)力最大應(yīng)變周向壓應(yīng)變徑向拉應(yīng)變起皺風(fēng)險1.25850.10.0830000.898863345.6710.5110.2780.385無1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377無1.251850.10.0830000.917544338.2890.4660.2730.368無1.252350.10.0830000.920613335.9040.4420.2680.354無1.252850.10.0830000.924686313

10、.6180.4130.2490.337無表3-2-2 凸模圓角半徑隙的影響圖3-2-2 凸模圓角對起皺的影響3.2.3凹模圓角半徑的影響凹模圓角半徑過小時，會增加滑動阻力以及彎曲和反彎曲力，從而提高拉深力，引起工件壁部變薄，降低極限變形能力。凹模圓角半徑過大時，會減小有效壓邊面積，使工件加工精度不高。影響因素結(jié)果凸凹模間隙凸模圓角半徑凹模圓角半徑凸模和板料摩擦系數(shù)凹模和板料摩擦系數(shù)壓邊力最小壁厚最大應(yīng)力最大應(yīng)變周向壓應(yīng)變徑向拉應(yīng)變起皺風(fēng)險1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377無1.251380.10.0830000.943696293.

11、9330.4430.2640.342無1.2513100.10.0830000.934329242.6190.4260.250.333無1.2513130.10.0830000.943816241.4960.4140.2360.321無表3-2-3 凹模圓角半徑的影響 圖3-2-3 凹模圓角半徑對起皺的影響3.2.4凸模和板料摩擦系數(shù)的影響當(dāng)凸模和板料摩擦系數(shù)變大時，危險截面變大，容易發(fā)生拉裂。影響因素結(jié)果凸凹模間隙凸模圓角半徑凹模圓角半徑凸模和板料摩擦系數(shù)凹模和板料摩擦系數(shù)壓邊力最小壁厚最大應(yīng)力最大應(yīng)變周向壓應(yīng)變徑向拉應(yīng)變起皺風(fēng)險1.251350.080.0830000.902952334.

12、0390.4930.2740.377無1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377無1.251350.120.0830000.903235331.5220.4930.2750.378無1.251350.140.0830000.902883328.5560.4920.2750.377無1.251350.160.0830000.904721330.3960.4920.2750.377無表3-2-4 凸模和板料摩擦系數(shù)的影響 圖3-2-4 凸模摩擦系數(shù)對起皺的影響3.2.5 凹模和板料摩擦系數(shù)的影響 凹模和板料摩擦系數(shù)增大時，危險斷裂截面變小，容易

13、發(fā)生拉裂。同時存在起皺的傾向。影響因素結(jié)果凸凹模間隙凸模圓角半徑凹模圓角半徑凸模和板料摩擦系數(shù)凹模和板料摩擦系數(shù)壓邊力最小壁厚最大應(yīng)力最大應(yīng)變周向壓應(yīng)變徑向拉應(yīng)變起皺風(fēng)險1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377無1.251350.10.130000.902166331.850.4930.2740.378無1.251350.10.1230000.901037330.4560.4940.2730.379無1.251350.10.1430000.899366333.5220.4950.2720.38無1.251350.10.1630000.89

14、6991330.240.4940.2710.381無表3-2-5 凹模和板料摩擦系數(shù)的影響圖3-2-5 凹模摩擦系數(shù)對起皺的影響3.2.6壓邊力的影響增大壓邊力，提高了凸緣的流動阻力，使拉深力增大。但是過大的壓邊力可能導(dǎo)致危險截面拉裂。影響因素結(jié)果凸凹模間隙凸模圓角半徑凹模圓角半徑凸模和板料摩擦系數(shù)凹模和板料摩擦系數(shù)壓邊力最小壁厚最大應(yīng)力最大應(yīng)變周向壓應(yīng)變徑向拉應(yīng)變起皺風(fēng)險1.251350.10.0810000.962886341.480.4490.2460.324無1.251350.10.0815000.963515341.3990.4480.2460.324無1.251350.10.082

15、0000.906292333.2730.4920.2740.377無1.251350.10.0825000.905424329.760.4920.2740.377無1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377無圖3-2-6 壓應(yīng)力對起皺的影響4、 總結(jié)基于FEA分析可以得出，拉深前后相應(yīng)于筒壁部分的材料周向受到壓縮變形，徑向受到拉深變形，變形程度沿筒高方向增長，且圓角以上部位周向壓縮變形大于徑向伸長變形。周向受壓的材料向筒壁厚度和高度方向轉(zhuǎn)移，越靠近口部需要轉(zhuǎn)移的材料越多，故壁厚和硬度越高。筒底圓角稍上部位的材料，拉深開始時處于凸、凹模之間，周向壓縮小，需要轉(zhuǎn)移的材料少，變形硬化程度低，又受不到凸模圓角處的有益摩擦作用，成為拉深斷裂可能發(fā)生的危險截