矩形水槽冲压成形有限元分析与研究

毕业设计说明书（论文）中文摘要冲压成形越来越多地应用在汽车制造业及其它工业中。矩形件是板材成形中的一种典型件，因此研究影响矩形水槽冲压成形的各种因素是非常重要的。本课题利用Dynaform对矩形水槽拉深进行了因素影响的有限元仿真分析。通过改变各工艺参数，研究分析矩形件冲压成形的成形极限、板料的变薄及增厚情况，找出最优的分块压边圈方案，得出压边力、速度、凹模圆角半径、凹模转角半径等工艺参数的较优组合，可以有效地提高矩形件的冲压成形性能，为现实中零件的设计和生产提供一个可行的方案。关键词板料成形矩形水槽有限元分析毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleFiniteElementAnalysisandResearchofRectangularTankStampingAbstractStampingisincreasinglyusedinautomobilemanufacturingandotherindustries.Rectangularpartisoneofthetypicalworkpiecesinsheetmetalformingprocess.Itisveryimportanttostudyonvariousfactorswhichaffectingstampingrectangulartank.ThefiniteelementanalysisofthefactorwhichaffectingrectangulartankdrawingissimulatedviaDynaform.Bychangingtheprocessparameters,thedepthofforming,thechangingofthicknessandthinnessduringtheformingprocessisanalyzed.Theoptimalblocktheblankholderschemeisfounded.Asuitablecombinationoffactorswhichincludesblankholderforce,punchingspeed,thediefilletradius,thediecornerradiusisgotten.Thus，itcaneffectivelyimproveformingperformanceofrectangularpiece.Afeasibleoptionisprovidedfortherealpartofthedesignandproduction.KeywordsSheetmetalformingRectangulartankFiniteelementanalysis本科毕业设计说明书（论文）第I页共I页目录1绪论....................................................................11.1选题背景..............................................................11.2矩形件冲压成形研究现状................................................11.3主要研究目标及内容....................................................21.4论文的组织结构........................................................32矩形件冲压成形工艺理论分析..............................................42.1矩形件冲压成形理论....................................................42.2矩形件冲压成形工艺特点................................................52.3影响矩形水槽冲压成形的因素............................................62.4本章小结.............................................................63基于有限元的矩形水槽拉深成形建模与仿真..................................83.1Dynaform简介.........................................................83.2基于Dynaform的矩形水槽冲压成形模拟的流程.............................93.3矩形件成形仿真.......................................................103.4本章小结..............................................错误!未定义书签。4矩形件拉深成形的模拟分析................................错误!未定义书签。4.1压边圈方式对成形的影响................................错误!未定义书签。4.2凸模冲压速度对成形的影响.............................................194.3凹模圆角半径对成形的影响.............................................224.4凹模直壁转角半径对成形的影响..........................错误!未定义书签。4.5压边力对成形的影响....................................错误!未定义书签。4.6根据分析结果设计优化方案..............................错误!未定义书签。4.7本章小结..............................................错误!未定义书签。结束语....................................................................25致谢....................................................................27参考文献...............................................................28本科毕业设计说明书（论文）第1页共44页1绪论1.1选题背景拉深是板料冲压成形中的主要成形方式,在汽车、航空航天、石油化工等诸多等领域均有广泛的应用。例如,汽车车身覆盖件、大油罐等的成形均采用拉深工艺。然而,如何保证板料塑性成形零件的质量,降低废品率,减少模具的返工,缩短模具设计周期,一直是板料塑性成形领域的一大难点。板料冲压成形是现代工业中一种十分重要的加工方法,在汽车、家用电器、仪器仪表等领域得到广泛应用。拉深又称拉延、压延或引伸，是冲压成形技术中的一种重要工艺。它是利用拉深模具在压力机的压力作用下，将预先剪裁或冲裁成一定形状的毛坯，控制成立体空心件的一种加工方法。拉深件的可加工尺寸范围也是相当广泛的，从几毫米的小零件直到轮廓尺寸达2-3米的大型零件，都可以用拉深方法制成，因此在汽车、飞机、仪表、电子等工业部门以及日常生活用品的冲压生产中，拉深工艺占据相当重要的地位[1-3]。传统的冲压工作,需要花费大量的时间进行冲压工艺计算,然后设计制造出相应的冲压模具,再试压,修正模具的工作参数。由于数值模拟可以帮助人们预测加工结果,有助于提高生产效率,所以采用有限元法对金属塑性成形过程进行全面数值模拟,已得到该领域广大学者的普遍重视。20世纪80年代以前,受有限元分析方法和计算机速度的限制,有限元分析主要处理小规模的线性问题。90年代以后,有限元软件功能的逐渐完善,近年来发展起来的数值模拟技术帮助解决了冲压模拟这一塑性加工领域的难题[4-5]。本课题即针对矩形水槽冲压成形的常见缺陷和问题，以简单的非轴对称零件——矩形零件为研究对象，首先通过文献查阅分析确定影响矩形水槽压成形主要变化因素：压边力、分块压边圈的划分及凹模圆角、凹模转角等，继而运用Dynaform对矩形件进行简单的有限元仿真分析，找出这些因素对矩形水槽冲压成形的影响；通过调整各种参数比较得到优化的方案，为实际应用时冲出合格产品做参考。1.2矩形件冲压成形研究现状自英国学者AlexanderParks在1857年开发并取得铜板拉深工艺专利以来，拉深成形工艺不断取得发展和广泛应用。在目前的理论研究中，对非轴对称拉深变形的研究成果很多，也比较成熟。迄今为止，国内外专家学者对矩形件的研究主要集中在如下几个方面：（1）用试验手段对矩形件法兰部分的特定部位进行应力应变解析，分析了法兰变形及直边部的变形缓和作用随形状特性的变化，并通过适当地切除板坯的角部材料或调整板本科毕业设计说明书（论文）第2页共44页坯长短边变形尺寸，研究对拉深极限的影响。如北京理工大学的鄂大辛采用实验手段对盒形件法兰部分的特定部位进行应力应变解析，分析了法兰变形及直边部的变形缓和作用随形状特性的变化，并通过适当地切除板坯的角部材料或调整板坯长短边变形尺寸，研究对拉深极限的影响[6]；如2008年臧顺来等人对盒形件法兰起皱临界压边力影响规律研究，研究起皱是盒形件拉深成形中的主要缺陷，而压边力是控制法兰起皱的主要手段，研究了材料性能和工艺参数对盒形件拉深法兰起皱临界压边力的影响规律[7]。（2）利用边界节点的初始速率就可确定最优毛坯的外形，如1999年上海交通大学的姚华和陈军采用神经网络技术预测毛坯外形[8]和2000年韩国学者ShimHyunbo，K.Son等人提出形状灵敏度分析方法设计非圆拉深件的最优毛坯外形[9]。（3）在金属板材成形中，起皱预测和防止的研究一直是热点和难点所在，起皱预测的研究至今已有50多年的历史，早期通常采用解析模型研究方法，随着计算机技术的发展，有限元数值模拟在近年来成为主要研究手段。如2000年上海交通大学的郑晓丹、汪锐、何丹农应用专家系统技术进行了盒形件拉深极限的研究，阐述了专家系统在盒形件拉深成形极限分析中的应用，论述了建立专家系统的关键技术,包括系统信息描述、知识表示方法、实例库的建立以及系统的推理结构等[10]。1.3主要研究目标及内容本项课题以矩形水槽为研究对象。通过对简单的矩形水槽冲压成形进行有限元数值模拟，比较几种不同情况下矩形水槽的成形效果，得出成形效果最优的一组参数。本课题的主要内容归纳如下：（1）分析国内外的研究现状，确定本课题的研究内容；（2）研究并分析矩形水槽成形理论和其成形缺陷，如起皱、破裂和为充分拉深，确定其影响因素：压边力、模具参数等；（3）介绍板料成形的有限元数值模拟基本理论及Dynaform软件的数值模拟过程，确定研究矩形水槽成形工艺的具体仿真试验方案；（4）选择板料及模具的参数，使用Pro/E建立CAD模型，使用Dynaform建立冲压模具、分块压边圈和板料的有限元模型，选定合适的试验参数；（5）对比不同的分块压边圈的成形效果，确定所采用的分块压边圈；（6）通过改变影响一系列矩形水槽冲压成形的因素的仿真试验，比较成形性能，得出矩形水槽冲压成形的优化方案。本科毕业设计说明书（论文）第3页共44页1.4论文的组织结构本文以板料拉深成形中比较有代表意义的矩形水槽为主要研究对象，从理论上分析和研究其拉深成形过程中成形机理和变形特点及缺陷，并用板料成形模拟仿真专用软件Dynaform对矩形水槽进行仿真和分析，并对矩形水槽成形的最优方案进行预测。全文分为五章，各章内容如下：第1章：简要介绍了课题研究的背景和意义，分析了国内外冲压成形工艺相关技术的研究现状，确立了课题的研究内容和目标，阐述