海量机械毕业设计，请联系Q99872184 本科毕业设计说明书（论文） 第I页 共页目 录1 绪论11.1 引言11.2 方盒件变压边力冲压成形的主要研究方向21.2.1 冲压成形工艺21.2.2 变压边力21.2.3 板料冲压成形CAE分析方法31.3 主要研究目标及内容41.4 论文的组织结构52 方盒件冲压成形工艺理论分析72.1 方盒件成形的拉深成形原理72.2 方盒形件变形特点82.3 方盒形件主要拉深失效形式93 方盒形件成形过程的变压边力分析与研究123.1 临界压边力影响因素分析123.2 板料成形安全区域研究143.3 变压边力中的控制曲线153.4 仿真与分析步骤154 基于CAD/CAE的方盒件变压边力冲压成形仿真与建模174.1 DYNAFORM软件概述174.2 基于CAD/CAE的方盒件模型建立184.3 方盒件冲压工艺模拟与分析前处理194.4 方盒件冲压工艺模拟与后处理分析214.5 不同压边力控制曲线仿真结果及分析224.6 同一压边力不同控制曲线结果分析294.7 小结32结束语33致谢34参考文献35 本科毕业设计说明书（论文） 第1页 共36页1 绪论1.1 引言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。板料成形过程包括了非常复杂的物理现象,涉及力学中的三大非线性问题:几何非线性、物理非线形和边界非线性1。因此,难以用传统的弹塑性理论的解析法进行研究。利用传统的方法进行冲压件工艺分析时，为了避免材料成形过程中出现断裂、起皱、颈缩等不良影响，必须反复修改成形加工的某些参数或修改模具形状，使得工艺过程耗资大、产品开发周期长，已不能适应激烈的场竞争和现代工业的发展要求。随着计算机技术的迅速发展及有限元方法的成熟,特别是商用有限元软件的不断完善,促进了板料成形中数值模拟技术的发展。该技术减少了试模过程,缩短了产品开发周期,降低了成本，对提高制成品的制成质量提供了良好的保障。方盒形件广泛应用于电子部件和汽车部件中，如电池盒、半导体盒和汽车反光镜、汽车油箱等。在实际生产中拉深件多为非轴对称形状，而方盒形件是典型的非轴对称形的拉深件，在方盒形件拉深过程中材料的变形较为复杂，因此以方盒形件为研究对象对拉深工艺作进一步的探讨更具有实际意义2。传统的压力机在冲压过程中压边力一般为恒定值，这制约了材料的成形性能，也影响了冲压件的尺寸精度和稳定性。为了获得更好的成形质量，变压边力控制曲线对成形性能的影响和变压边力预测成为目前冲压技术研究的关键技术之一。因此，选用非轴对称件方盒件，借助CAE对不同类型压边力控制曲线的板料成型性能的仿真，寻找合适的压边力控制曲线，将弹塑性力学理论和人工智能技术结合起来，提出预测板料拉伸过程中压边力控制曲线的办法，大幅度减少设计和试验的工作量，降低成本费用，提高板料的成形性能，最终奠定对复杂形状冲压件压边力的智能预测研究的基础，对智能数控冲压机床的研究和设计都具有重要的现实意义。本课题针对方盒件冲压成形对压边力控制的要求，采用变压边力方式，首先选取了简单的非轴对称件方盒形件作为研究起点，借助CAD/CAE手段通过对不同类型压边力控制曲线的板料成形性能仿真，寻找合适的压边力控制曲线，探讨方盒件冲压成形工艺。1.2 方盒件变压边力冲压成形的主要研究方向盒形件是金属薄板拉深成形中较为典型的冲压件，其变形规律具有一定的典型性，研究这类件的成形规律，不仅对这类件成形工艺参数和工艺步骤的确定是至关重要的，同时也是进一步认识复杂件成形规律的基础。因此国内外对此展开了大量的研究。主要集中在冲压成形工艺、变压边力和板料冲压成形CAE分析方法等方向上。1.2.1 冲压成形工艺板料成形加工是金属加工的一种重要工艺方法，它不仅生产效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善金属材料的力学性能和组织，因而在国民经济中得到了极为广泛的应用，特别是在航空、宇航、汽车、造船、电器、五金等工业部门。板料冲压成形的方式有很多，通常可用四种基本变形方式来认识，即膨胀、拉延、伸长类翻边以及弯曲变形板料冲压成形的方式有很多，通常可用四种基本变形方式来认识，即膨胀、拉延、伸长类翻边以及弯曲变形3。一般来说，板料成形性能依赖于压力、拉力、拉伸速率、温度这些与金属抗伸长断裂有关的因素，金属材料的尺寸、形状、第二相微粒的分布状况等对其性能影响也很大4。冲压是一种高效率的生产方式，适用于大批量的生产，其材料的成本占生产成本的60%80%，材料利用率的高低主要取决于排样方案的优劣。根据不同的加工工艺与加工方式，有普通单排、普通双排、对头单排、双头双排4种排样方式可供选择。在金属材料成形中，材料的成形过程受到材料的参数，工艺参数，材料尺寸等诸多因素的影响，其中材料参数主要包括材料的抗疲劳强度，屈顺强度，应变硬化指数，各向异性指数等。工艺方面参数主要是指冲压速度，压边力的大小和分布，成形润滑情况等等5,6。1.2.2 变压边力变压边力技术研究的关键在于：如何在保证成形质量前提下改善材料的成形极限。变压边力可以分为随时间变化的变压边力、随位置变化的变压边力、随时间和位置综合变化的变压边力。(1)随时间变化的变压边力对成形性能的影响：随时间变化的变化的变压边力是指在薄板成形过程中，在压边圈采用整体压边圈的前提下，压边力仅随凸模行程变化的变压边力，采用这种压边力可以有效改善材料的成形性能。意大利的巴勒莫大学的L.Fratini和F.Micari进行了大量的模拟和实验，对不同材料和拉深比的轴对称件在不同压边力变化方式下进行成形性能研究，得出选择恰当的渐增的压边力变化方式可以使拉深深度最大的结论。新加坡的S.Thiruvarudchelvan以铝板、铜板杯形件拉深为例，分析了压边力与冲压力成正比（约34）拉深过程，在实验的基础上得出采用变压边力形式将有利于提高圆筒形件的成形质量，降低了拉延开始时的拉裂危险性，消除起皱时所用的最大压边力比采用恒压边力所需最大压边力要小，并且杯壁部分的减薄量小于恒定压边力作用时的减薄量。Ahmetoglu等人对渐减式压边力曲线进行了进一步的实验研究，实验和有限元分析的结果表明，从较大的压边力逐步减少到仅能消除起皱的恒定压边力的变化曲线能显著减小法兰起皱的高度，并且可以避免较大的恒定压边力所造成的断裂。(2)随位置变化的变压边力对成形性能的影响：随位置变化的变压边力是指在薄板成形过程中,在冲压件的法兰区不同位置施加大小不同但恒定的压边力，采用这种变压边力控制技术,不仅可以提高薄板的成形性能,减少和消除成形过程中起皱和断裂等缺陷,而且能提高冲压件的尺寸精度和冲压过程的稳定性。(3)随时间和位置综合变化的变压边力对成形性能的影响：随时间和位置综合变化的变压边力是指在薄板成形过程中,在冲压件的不同位置施加大小不同的压边力。这种变压边力技术是综合随时间变化的变压边力技术和随位置变化的变压边力技术，其更能提升材料成形性能。特别是对非对称件，这种变压边力更能改善材料的成形极限和质量。目前,国内外对变压边力改善板料成形性能的内在机理仍不够十分了解，研究结果不能直接用于指导实际生产，同时，最佳变压边力的确定仍依赖于手工“试错”，并且缺乏有效的确定最佳变压边力优化设计方法。研究发现，通过数值模拟与正交优化的有效结合，对方盒件成形进行研究也表明了正交设计优化方法对于方盒件冲压成形参数的优化是一种有效可行的途径。在冲压成形过程中，压边力的大小是影响冲压件起皱和破裂是否出现的主要因素7,8。适当的控制压边力在拉深加工中的数值，能够更好的控制制品成形的质量。1.2.3 板料冲压成形CAE分析方法板料成形数值模拟技术涉及到塑性力学、有限变形理论、有限元理论、板壳理论、计算数学、计算机辅助设计、计算机图形学和可视化技术等多方面的理论和技术。一般来说，一个成功的金属板料冲压成形CAE系统从功能上讲都是由前置处理、有限元求解器和后置处理三部分组成9。板料成形CAE分析的一般过程为前处理(网格划分、定义约束条件、施加条件和边界条件等)，求解(数值计算) 和后处理分析结果(应力、应变、材料厚度分布、能量等历史曲线、云图及动画、切取截面显示、回弹、FLD 图等)。金属板料冲压成形CAE技术主要是通过对结果的分析，使产品设计、模具结构更合理、工艺参数更满足要求。板料成形CAE分析的一般步骤如图1.1 所示。DYNAFORM是目前最常使用的CAE软件。DYNAFORM的主要功能包括分析拉伸、成形、回弹、翻边、切边等板料成形过程中的不同工序，也可以进行多步成形（或多工序加工）分析10。通过用户已定义好的冲压工艺及模具曲面形状来预测成形状态，其中包括减薄拉裂、起皱、回弹等各种问题，同时可以对成形力、压边力、拉延筋、模具磨损等各种工艺问题进行分析，以便优化工艺和模具设计。对于容易出现局部开裂的现象，拟定利用DYNAFORM在计算机上基于实际的边界条件进行数值模拟计算，验证和优化工艺参数。图1.1 板料成形CAE分析的一般步骤1.3 主要研究目标及内容本项课题以非轴对称件方盒形件为研究对象。通过对简单的方盒件进行有限元数值模拟。了解板料在拉深成形过程中冲压成形状况。通过比较几种不同情况下冲压成形效果较好的一种。并进一步通过变压边力法来优化其成形工艺。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）分析方盒形件拉深过程中所产生的缺陷，确定影响成形质量的因素，并初步提解决方案；（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，确定研究方盒件成形工艺的具体仿真实验方案；（4）选择板料及模具的参数，使用Pro/E建立CAD模型，Dynaform建立冲压模具、压边圈、板料的有限元模型，建立方盒件模型，选定合适的试验参数11,12；（5）采用不同的压边力对方盒件来冲压成形性能进行比较，得出较优解。 本论文将对仿真模型进行以下分析：（1）拉深过程施加不同的压边力，找出压边力对成形质量的影响特点，从而确定合适的压边力大小；（2）修改变压边力中控制曲线，分析不同压边力下同一加载方式的不同冲压成形效果；（3）在已寻找到的合适压边力下，分析同一压边力下6种不同加载方式的不同冲压成形效果，最后确定较好的加载方式。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方盒形件为主要研究对象，基于CAD/CAE的方盒件变压边力冲压成形工艺研究使用板料成形模拟仿真专用软件包DYNAFORM对方盒形件进行仿真和分析，获取合适的压边力控制曲线，并寻找方盒形件成形的合适的压边力和合适的压边力下最佳的加载方式。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，分析了目前方盒形件变压边力冲压成形相关技术的主要研究方向，确立了课题的研究内容和目标，阐述了论文的结构安排。第2章：分析方盒形件拉深过程的变形特点，并简要分析了板料拉深成形失效形式。第3章：介绍了方盒形件成形过程的压边力分析与研究的理论和方法，对方盒形件成形时破裂和起皱压边力理论进行了研究，分析了影响板料临界压边力的因素，并讨论了板料成形的安全区域。在板料成形安全区域，使用变压边力技