基于CADCAE方盒件变压边力冲压工艺研究

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基于CAD/CAE方盒件变压边力冲压成形工艺研究,答 辩 人：王 忠,贤,导 师：张卫 高级工程师,论文研究的主要内容,1.,论文研究的背景及意义,2.方盒件冲压成形研究的国内外研究现状,3.方盒形件冲压成形工艺理论分析,4.方盒形件冲压成形的仿真模型建立,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,6.总结与展望,1.论文研究的背景及意义,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。,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.方盒件冲压成形的国内外研究现状,传统的方法进行冲压件工艺分析时，为了防止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，已不能适应剧烈的场竞争和现代工业的开展要求。,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。国内外对变压边力展开了大量的研究，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。,3.方盒形件冲压成形工艺理论分析,方盒件冲压成形时，拉深变形总是与弯曲的胀形等其他方式的变形同时发生。其成形机理非常复杂，而对方盒件成形理论的探讨还处于初级阶段，本文对拼焊板成形理论的分析主要包含以下三个方面：,(1)方盒件冲压成形的根本原理,(2)方盒件冲压成形的变形特点,(3)方盒件冲压成形的主要拉深失效形式,(1)方盒形件冲压成形的根本原理,方盒形件可以看作由直边局部及圆角局部组成，因此方盒形件的拉深成形是圆角局部拉深、直边局部弯曲两种方式的组合。宽度为L的板料在冲压力、压边力和圆角半径为的凸模、圆角半径为、转角半径为、截面宽度为B的凹模共同作用下，被拉入凸模和凹模之间的间隙里，成为开口的方盒形件。,3.方盒形件冲压成形工艺理论分析,(2)方盒件冲压成形的变形特点：,由于金属向直边流动，使得径向应力在角部的分布是不均匀的，拉应力在圆角中间处最大，直边中间处最小，而且平均拉应力比相应圆筒形件的拉应力小的多，于是减小了危险断面的载荷，不易被拉断，故盒形件的成形极限较高；,拉深时，压应力的分布也如同拉应力分布不均匀，在圆角中间处最大，直边中间处最小，如果直边较长，中间局部压应力近似为零；,最大拉应力和最大压应力均出现在角部，因而破裂、起皱等现象也多在角部发生，远离角部的直边局部一般不会产生起皱；,由于变形速度的不一样，从而导致应力分布不均匀。,3.方盒形件冲压成形工艺理论分析,3.方盒形件冲压成形工艺理论分析,(3)方盒形件拉深工艺主要失效形式：,1起皱,起皱是指在原为光滑的平面或曲面上出现褶皱的现象。起皱是板料拉深成形中的一种有害现象，轻微的起皱会影响产品的形状精度、尺寸精度以及外表质量等，而严重的起皱可能会阻碍和阻止加工过程的顺利进行。,2破裂,破裂是拉深失稳在薄板冲压成形中的主要表现之一。在以拉为主的变形方式中，板料往往过度变薄甚至拉断，这种现象实质上和起皱一样，也是变形不能稳定进行的结果。,3回弹,回弹是指在板料成形结束阶段，随着变形力的释放或消失，成形过程中存储的弹性变形能要释放出来，引发内应力重组，进而导致零件整体形状改变。回弹是板料成形中不可防止的现象，它的存在影响零件成形精度，增加试、修模以及成形后校形的工作量。,4.方盒形件冲压成形的仿真模型建立,方盒形件是薄板金属冲压中较难成形的一类零件，并且在其成形过程中的变形特点具有一定的典型意义，因此很有必要对其进行数值模拟。,4.方盒件冲压成形的仿真模型建立,1确定方盒形件的尺寸：在PRO/E中建立凸模、凹模、板料的模型，在草绘状态下绘制凸模、凹模、板料的尺寸。对于凸模和凹模草绘后进行拉深，拉深深度为20mm；对板料草绘后填充。,2根据工件尺寸利用Pro-e建立方盒形件的*.igs格式文件：对生成的实体模型单击文件，保存副本，文件类型选择*igs，单击确定，在输出IGES窗口，选取曲面，坐标缺省，单击确定。这样就能把相应的模型转换为*igs文件，供Dynaform调用。同时将相应的实体模型保存以便在后面改变模具参数重新建模所用。,4.方盒件冲压成形的仿真模型建立,方盒件冲压工艺模拟与分析前处理：,1将*.igs数据导入DYNAFORM并对模型进行单元网格化处理；,2定义板料的材料与属性，模具间距；,3定义凸模的运动和压边力；,4对模型进行有限元计算。,4.方盒件冲压成形的仿真模型建立,方盒件冲压工艺模拟与后处理分析：,在仿真结束后，可以进入DYNAFORM的PostProcess的后处理环境，进行一系列后处理。,(1)等值线,对单元应力和相关的结果等进行显示，如图(a)；,(2)矢量图标,将结果以矢量形式显示，能够对材料的流动性进行显示，如图(b)；,(3)成形极限图,用来评价板料的可成形性(平安和失效区域)，如图(c)；,(4)厚度,用来模拟坯料在成形中的厚度等值线变化，以评估冲压质量，如图(d)。,4.方盒形件冲压成形的仿真模型建立,(a)成形等值线图,(b)成形矢量图,(c)成形FLD图,(d)成形厚度变化图,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,不同压边力控制曲线仿真结果及分析:,具体实验数据如下：,(1凸、凹模的间隙为1.1t，凹模圆角尺寸10mm，凸模圆角尺寸10mm，转角半径10mm；,(2材料参数如下表:,(3拉深深度20mm，拉深速度2000mm/s。,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,不同压边力拉深成形极限图,拉深不完全,a)P=250KN,拉深完整,b)P=300KN,结果分析:当P=250KN时,冲压还不完全;,当P=300KN时,冲压完全,为较好的冲压效果.,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,选择适宜的压边力P=300KN，变化不同的加载方式对冲压效果进行分析比较,所得数据如下表:,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,a)不同加载方式下应力变化:,从应力图所示，渐增曲线最大应力值最大，渐减曲线最大应力值最小，压边力越大就会增加法兰处的阻力，使得材料的流动速度减慢，直壁的厚度变薄，材料拉伸较多，压边力越小就会使得法兰处的阻力较小，材料的流动速度快，造成材料拉伸不完全，局部厚度较大的情况。,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,b)不同加载方式下薄厚变化:,从薄厚变化图可以看出，变压边力对最大减薄量的影响较对最大增厚量的影响更为显著,渐增加载曲线减薄最为严重，这也验证了传统压边方式如弹簧、橡胶或固定间隙压边的不合理性。,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,c)不同加载方式下应变变化:,从应变折线图可以看出，应变随应力的增大缓慢，处于一个恒定的水平，说明压边力对拉深过程中的应变和应力变化影响不太。,5.方盒形件冲压成形变压边力分析和研究,通过试验分析方盒件变压边力的不同加载方式(渐增、渐减、先增后减、先减后增、恒定和先增恒定后减),实际上，由于间隙等因素的影响，法兰局部起皱趋势增强，在这6种加载方式中，压边力无法防止拉深后期起皱，并且由于法兰起皱增厚，导致进料阻力加大，使拉深变形出现局部减薄和破裂。当变薄率最低且板料冲压未压破也未起皱时冲压工艺为最好，那么渐增、渐减、先增后减、先减后增、恒定和先增恒定后减曲线中，在渐减控制曲线下冲压所得的变薄率值最低，所以渐减加载方式冲压工艺控制比较适宜。,6.总结与展望,研究展望,本文以法兰区金属流动速度不一样的方盒形件为研究对象，通过调整压边力来提高成形质量和极限，并对方盒形件成形过程中变压边力预测技术进行了研究。,经过此次研究，受益匪浅，这些知识都是在毕业设计训练前我所缺乏的，特别是对于板料的成形原理，几乎是一无所知，所以开始的一段时间除了找一些有关这些板料成形原理的书来看以外，还要关注相关的论文和机械杂志。,感觉最大的收获应该是对理论的学习还是要不断加强，这样有利于研究的开展和各方面的提高。所有这些，当然也促使我在以后的工作中做事更加踏实。,谢 谢！,