筒形件拉深起皱的有限元数值模拟及控制的研究

摘要

拉深成形是利用模具将冲裁后得到的平板毛坯变成开口的空心零件的冲压成形工艺。现有的采用金属板料成形有限元技术对影响拉深过程因素的研究较单一,结果与实际误差较大。同时对多个影响拉深过程因素的研究尚未见报道。有鉴于此,本文展开了相关的技术研究。
　　 基于板料成形有限元数值模拟的基本原理,采用数值模拟的方法对筒形件拉深成形过程进行了深入地研究,建立了符合实际拉深成形过程的有限元力学模型,并对模拟中的材料本构模型的选择、接触处理、自适应网格技术等进行了有效处理。深入分析了有压边圈情况下影响筒形件拉深成形的四个因素即压边力、凹模入口圆角、凸凹模间隙、模具与板坯之间润滑系数,进行了有限元数值模拟均匀设计试验,提出了采用成形后板坯最大厚度与最小厚度之差△t的概念作为描述零件成形结果的评价标准,且论证了采用该评价标准的合理性。通过对试验结果进行回归分析,得到在有压边圈的情况下各因素对拉深成形过程影响大小的顺序为:压边力>凹模入口圆角>模具与板坯之间润滑系数>模具间隙,其中压边力的影响最显著。
　　 通过对一副能有效控制起皱的变压边力拉深模具产品的有限元数值模拟和实冲结果对比,证明该研究具有一定的实用价值。
　　 研究结果表明:筒形件拉深起皱的有限元数值模拟及控制的研究,可以缩短模具制造周期,降低模具设计成本,提高制件精度及生产效率,有很好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

1 绪言

1.1 选题的背景和意义

1.2 板料成形数值模拟技术研究现状

1.2.1 板料成形数值模拟技术的发展

1.2.2 板料拉深成形数值模拟技术的国内外研究现状

1.2.3 有限元数值模拟软件的发展状况

1.3 本课题的主要研究内容

2 拉深成形有限元数值模拟基础理论

2.1 引言

2.2 动力显式分析方法

2.2.1 显式求解格式

2.2.2 显式计算格式与隐式求解格式的比较

2.2.3 板料成形非线性问题的显式求解方法

3 筒形件拉深成形过程有限元力学建模

3.1 引言

3.2 有限元模型的建立

3.2.1 几何模型

3.2.2 单元模型的选择

3.2.3 本构方程模型的确定

3.2.4 网格划分

3.2.5 接触处理

3.2.6 摩擦处理

3.3 施加载荷及求解

3.3.1 施加载荷

3.3.2 求解控制

3.3 本章小结

4 筒形件的拉深成形过程数值模拟

4.1 引言

4.2 基于Dynaform的筒形件拉深数值模拟

4.3 有压边圈的情况下各因素影响大小的均匀性试验

4.3.1 引言

4.3.2 基本尺寸与工艺参

4.3.3 拉深成形过程极大与极小厚度差Δt

4.3.4 实验方案

4.3.5 实验结果分析

4.4 本章小结

5 控制起皱措施的研究

5.1 引言

5.2 常用的控制起皱的措施

5.3 变压边力模具的设计

5.3.1 变压边力拉深模结构与工作过程

5.3.2 变压边力机构的工作原理与组合机构设计

5.3.3 变压边力结构各零部件尺寸设计计算

5.4 模具设计中主要参数的确定

5.4.1 拉深工艺计算程序

5.4.2 拉深工艺参数确定

5.4.3 拉深力的计算

5.4.4 压力设备的选用

5.5 变压边力拉深有限元数值模拟

5.6 本章小结

6 结论与探讨

参考文献

附录 C(攻读学位期间的主要学术成果)

致谢