毕业设计分析报告

摘要：针对方盒形在拉深成型过程中易出现起皱、破裂等缺陷，采用显式有限元分析软件Dynaform分析压边力、毛坯形状、材料性能参数等对其成型极限的影响，以达到优化工艺过程的目的。研究结果表明：盒形件的拉深成型受压边力影响较大，增大板料硬化指数n、后向异性系数r及板料厚度t，有利于板料的成型。关键词：矩形件；成形极限；Dynaform软件；数值模拟盒形件以其外形简单、尺寸小、精度高、表面质量好等特点在工业产品中得到广泛应用，此类工件一般由一道工序拉深完成。由于形状的轴对称性，沿变形区的周边变形分布均匀，这种均匀性虽然对成型方便，但是往往会造成各种形式的起皱、壁厚严重不均等缺陷，严重时可能会造成拉深件在靠近凹模圆角处产生壁裂或凸模圆角处产生低裂。随着计算机技术的迅速发展和有限元理论研究的不断深入，塑性成形数值模拟技术已成为研究方盒形件成形极限、破坏形式及其预防措施的最常用方法之一，并已经成为当前材料成型领域的一个研究热点。本次分析盒形件成型过程中压边力、毛坯形状、材料性能参数等因素对其成形极限的影响，期望获得盒形件在成型过程中的成型规律及其影响因素，为后面的工件设计、工艺计算乃至大型覆盖件成型等提供一定的理论参考和计算依据。1盒形件拉深数值模拟方案在盒形件拉深成型的过程中，影响拉裂和起皱的因素很多，其中主要有以下几个方面：材料、模具间隙、圆角、板料厚度、压边力、摩擦和润滑、网格的划分、计算方法以及冲压速度等很多因素。主要讨论压边力、板料厚度、材料性能参数（板料硬化指数n）对其影响。2建立模型实验选择的盒形件如图1所示，板料厚度t=1mm。首先在UG中建立板料和凸模的模型，以IGES格式导出到Dynaform中进行模拟计算分析。Dynaform为板料成型专用仿真模拟软件，以LS-DYNA为核心采用动力显式积分算法。其次创建BLANK和DIE零件层，将建立的模型分别划分到各自的零件层，并通过凸模间隙自动生成凹模。图13矩形件的冲压工艺分析导入模型后点击“file”点击下拉菜单“Saveas”，然后命名为“JXJdf”，点击“保存”。3.1设置分析参数选择“Tools/Analysisstep”命令，弹出“Analysissetup”对话框，按照图1-1所示，再点击“OK”退出对话框。3.2前处理设置3.2.1编辑零件选择菜单“Parts/Edit”命令，在弹出的“EditPart”对话框。在第一个文件名中更改文件名为“BLANK”,点击“Modify”按钮；在第二个文件名修改为“Die”,点击“Modify”a按钮，最后点击“OK”完成编辑。3.2.2零件单元网格划分在工具栏中点击“PartTurnOn/Off”按钮，在弹出的对话框中点击“DIE”将其关闭，点击“OK”按钮。对坯料零件“BLANK”进行网格划分，选择菜单中的“Preprocess/Element”命令，弹出“Element”对话框，然后选择“SurfaceMesh”按钮，设置网格尺寸为5mm，其余几何尺寸保持不变。点击“SelectSurfaces”按钮，在弹出的对话框中点击“DisplayedSurf”按钮，此时“BLANK”将以高亮显示，点击“OK”确认，然后依次退出。按照此步骤打开“DIE”文件，对“DIE”进行网格线划分。最后点击打开“BLANK”和“DIE”,点击“OK”后关闭Dynaform右下角的“Surfaces”和“Lines”，这时在屏幕上只显示出划分好的零件网格。3.2.3零件单元网格模型检查在工具栏点击“PartTurnOn/Off”按钮，关闭“BLANK”,打开“DIE”,点击“OK”,需将零件“DIE”作为当前零件，再点击菜单栏中“Preprocess/ModelCheck/Repair”,进行“AutoPlateNormal”按钮，弹出“CONTROLKEYS”对话框，观察网格线法线方向，点击“YES”或“NO”，直至确定网格法线方向，其中法线方向的设置总是指向工具与坯料的接触面方向。在“ModelCheck/Repair”对话框中点击“BoundaryDisplay”按钮，进行边界检查时，通常只允许除边缘轮廓边界呈白色高亮外，其余部位保持不变。如果其他部分有高亮色显示，则说明在白色高亮处的单元网格有缺陷，需对有缺陷的网格进行相应的修补或重新进行单元网格划分。当网格检查工作完成后，采用“save”及时保存文件，为后续设置做好准备。3.3快速设置新创建文件夹，复制先前建的文件在其中。3.3.1创建压边圈零件“BINDER”打开Dynaform软件，在菜单栏中选择“Parts/Creat”命令。创建一个新零件名称为“BINDER”,点击菜单栏“Parts/Add...ToPart”命令，点击其中的“Elements”,再点击“spread”，调整滑块“Angle”的数值为1.点击“DIE”的凸缘面，然后依次点击“OK”,“Apply”和“Close”,结束零件“BINDER”的创建。3.3.2单动设置选择菜单栏中“Setup/DrawDie”命令，在对话框中选择“Singleaction”和“UpperToolAvailable”,进行“QuickSetup/Draw”设置。3.3.3定义坯料零件“BLANK”、“DIE”和“BLINDER”点击菜单栏中“BLANK”、“DIE”和“BLINDER”,选择“SELECTPART”按钮，弹出“DefineBlank”对话框，点击“Add”按钮，弹出“SelectPart”,点击“BLANK”、“DIE”和“BLINDER”，依次点击“OK”按钮和“EXIT”.3.3.4定义材料“Material”在“NONE”中的”MaterialLibrary”选择DQSK36材料，依次点击“OK”按钮退出“QuickSetup/Draw”.4.1盒形模拟结果及分析提交到LS-DYNA进行分析处理后，利用Dynaform后处理器ETA/Post-Processor打开d3lop。4.1.1坯料成形极限分析观察拉深件模拟结果的起皱程度与部位，如图2所示。图2“BLANK”成型极限图从图2中可以看出，盒形件的凸缘部分以及大部分侧壁处都完好，但是盒形件的弯曲部位部分稍微有蓝色产生，但对零件拉深时没有起皱、拉裂的问题。总体上讲在有压边圈的条件下，制件成形质量较为理想，但尚不能满足具有较高尺寸精度和表面质量要求的零件的使用要求，需进一步改善成形工艺。4.1.2厚度变化图在Dynaform的后置处理程序中，选择选项“Thickness”中可观察成型过程中毛坯零件“BLANK”的板料厚度变化分布云图，如图3.图3“BLANK”板料厚度变化分布云图此图为得出最终结果的厚度变化分布云图。如图所示，在矩形件的凸缘部分和相连的圆角处厚度增加最多，在凸缘四个圆角处板料厚度最小，该处拉深时最易断裂。如上图所示，明显反应凸缘变形区内各部分的变形是不均匀的。观察上图厚度变化分布云图，可得底部圆角部位厚度均匀性较好。4.1.3主应变图图4主应变图从主应变图可以看出来，红色区域所受的应变力为最大，也就是在凸缘与压料面的四个圆角部位，而平面凸缘区主要发生塑性变形而逐渐进入凹模，越往边缘它受的应力就越小。总结本次毕业设计是基于Dynaform软件带压边圈板料拉深流动分析，并且是主要针对首次拉深进行模拟。通过这次毕业设计让我对拉深有了更近一步的了解Dynaform软件作为比较成熟的有限元模拟软件，能够很好地对板料拉深成形工艺进行模拟及结果预测，从而缩短生产周期，降低生产成本。尤其是矩形件的拉深，对拉深变形过程及特点有了更好的掌握。对矩形件的拉深工艺方案的制定有了一定的了解。利用Dynaform软件能够较好地模拟板料成形过程中的应力、应变分布,特别是实际加工中难以测量的部分也能通过该软件模拟反映出来。利用Dynaform软件对盒形拉深过程中的压边力数值进行模拟,能够快速确定合适的压边力值,最终获得合格的产品,既减少了试模时间,又提高了生产效率。由Dynaform分析得出的矩形件各个部位出现的拉深缺陷，为我在模具设计中需要注意的问题都给予提醒，为成功设计模具打下夯实基础。五、参考文献[1]衡猛,周建忠.板料成形中有限元模拟技术的应用[J].电加工与模具，2004(2):49-51.[2]匡和碧,孙卫和.冲压模具设计实用教程；化学工业出版社，2008[3]龚红英.板料冲压成型CAE实用教程[M].北京:机械工业出版社，2004.[4]《中国模具设计大典》编委会.中国模具设计大典.江西科学技术出版社，2003[5].冯炳尧等编.模具设计与制造简明手册.上海科学技术出版社，2008