本科畢業設計說明書（論文）第I頁共頁目錄1緒論.11.1選題背景.11.2桶形件變壓邊力沖壓成形國內外研究現狀.21.2.1變壓邊力的加載模式.21.2.2變壓邊力的技術的實驗研究.31.2.3變壓邊力的有限元數值模擬研究.31.3主要研究目標及內容.41.4論文的組織結構.42桶形件沖壓成形工藝理論分析.52.1桶形件沖壓過程及特點.52.2桶形件拉深工藝.72.3常見桶形件拉深缺陷.82.4影響桶形件成形的主要因素.83基于CAD/CAE變壓邊力分析理論及方法.103.1基于CAD/CAE變壓邊力分析.103.2仿真實驗流程圖.113.3仿真模型的建立.143.3.1模具CAD建模.143.3.2前處理步驟具體設計.153.3.3變壓邊力的加載模式及影響因素.174變壓邊力桶形件沖壓仿真與分析.204.1變壓邊力曲線選擇.204.2后處理分析方法簡介.214.3不同變壓邊力加載方式下桶形件沖壓仿真.224.4不同變壓邊力加載方式的沖壓性能對比和分析.314.5小結.34結束語.36致謝.37參考文獻.38本科畢業設計說明書（論文）第1頁共39頁1緒論1.1選題背景板料沖壓成形作為金屬塑性加工的基本方法之一，主要用于加工板料，因此又稱為板料沖壓。沖壓是在常溫下，利用沖壓模在沖壓設備上對板料或型材施加壓力，使其產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀，尺寸和性能零件的一種壓力加工方法。對于某些非金屬材料，也可以采用沖壓工藝制造零件。沖壓加工可以提高生產效率高、可以改善材料內部的結構和缺陷、提高零件的機械性能、減輕零件重量更可以提高材料利用率，由于其獨特的優勢廣而被廣泛應用于航空航天、汽車、摩托車、電器開關、家電、農用機械、醫療器械等行業，在工業生產中占有不可替代的地位。近年來，隨著板料成形理論的深入研究以及計算機信息技術、控制技術及自動化技術的快速發展，板料沖壓技術也得到了前所未有的發展1。傳統的生產方式與板料沖壓技術相比有以下幾個不同點：(1)傳統的生產方式工藝流程較復雜工序較多生產效率低，沖壓技術一般采用一次成形或者幾次成形生產效率大幅提高，且操作簡單，勞動強度低。(2)傳統生產方式一般采用車銑刨磨的去除材料法原材料利用率不高而板料冷沖采用非去除材料法原材料利用率提高30%左右降低了生產成本。(3)板料沖壓技術能滿足更多復雜形狀零件的生產要求，還能有效控制其加工精度滿足生產要求。(4)板料沖壓技術生產過程中的實時可控性較強，可以改變工藝系統中的沖壓速度壓邊力等參數來達到生產要求。(5)沖壓加工的尺寸精度是由模具保證的，因此尺寸穩定，互換性好。(6)廢品破壞形式不同，板料沖壓的主要報廢形式是起皺和破裂。近年來，汽車工業在中國發展非常迅猛，汽車制造商要不斷地采用新制造工藝來降低汽車制造成本，這使得沖壓技術得到很好的發展機會得到了極大的推廣。二十世紀八十年代以來，汽車覆蓋件的拉深工藝和壓力機已經取得了突破性的進展。以工作臺內的液壓拉深墊代替壓邊滑塊，從而單動液壓機代替了雙動液壓機，大大簡化了液壓機的結構，降低了設備投資，提高了勞動生產率和拉深件的質量，這對汽車覆蓋件的生產具有重大意義。環保適當今世界的主題，較少原料、減輕車重、減少油耗的目標位沖壓技術提供了很大的舞臺。因此板沖壓技術在汽車工業中得到了廣泛的應用4。本科畢業設計說明書（論文）第2頁共39頁桶形件沖壓在沖壓成形技術中是十分典型的也是極具代表性的一種生產工藝方式，桶形件是板沖壓中最基本的一種，是研究其他沖壓形式的基礎，因此本課題即以簡單的軸對稱零件桶形零件為研究對象進行基本的板沖壓的模擬仿真，得出其主要的影響因素如壓邊力、沖壓深度、沖壓速度與模具間的摩擦等。通過運用Dynaform對某些條件進行假設通過控制變量法對桶形件進行簡單的有限元仿真分析，找出其中的主要因素對桶形件沖壓成形的影響，通過實驗仿真比較得到優化的方案，并對各實驗結果作出一定的解釋。對桶形件成形過程中的一些工藝參數及其可行性進行討論。1.2桶形件變壓邊力沖壓成形國內外研究現狀到目前為止，對桶形件成形技術的研究還不夠充分，而且多數停留在試驗的階段，國內的姜銀方、林忠欽、陳煒和郭偉剛等人對桶形件的沖壓成形進行了較多的研究，但這些研究不但多是停留在實驗的階段，而且多是對成形性能和變形進行分析和研究，而對影響桶形件成形的另外一些因素的分析和研究很少。1.2.1變壓邊力的加載模式國外從20世紀80年代開始研究可調節邊裝置，直到現在一直處于改進和使用階段，尚未在生產中普及開來，目前實際生產中應用的主要還是傳統的壓力方法2。一般講，壓邊力控制曲線的加載模式有4種，分別為恒定壓邊力加載模式，典型的控制曲線加載模式還有增加模式，減小模式和混合模式。如圖1.1所示。圖1.1壓邊力的加載模式第一套可調控的壓邊力控制設備由Hardt等人設計的，用來得到恒定的單位壓邊力。單位壓邊力自始至終被保持在不起皺的最小值上防止破裂。隨后Hardt又單獨進行了獨立的研究。他用冷軋鋼板成形杯形件，做了大量的實驗并通過一個PI控制器，利用反饋值控制給壓力圈施力的伺服器，更可靠地達到控制拉深過程中壓邊力恒定的目的3。國外的許多學者對簡單的桶形件，錐形件進行了研究，通過研究發現，適當的控本科畢業設計說明書（論文）第3頁共39頁制壓邊力在拉深加工中的數值，能夠更好的控制制品成形的質量。但是上升曲線好還是下降曲線好目前尚未確定4。1.2.2變壓邊力的技術的實驗研究國外對變壓邊力的控制研究相對于國內進行的比較早。20世紀90年代，變壓力的研究成為一個熱點。1993年德國斯圖加特大學的K.Vsigrer等人在單動液壓機上用4個液壓缸在4個角點處施加壓邊力，建立了計算機數值控制多點壓邊力控制系統。接著他們提出了將壓力圈分成幾段的新的分段壓力概念，在盒形件拉深成形時，將壓力圈分成8個部分如圖1.2所示，利用分別用法蘭流入量和板材與壓力圈及凹模之間的摩擦力來控制整個成形過程。雖然分段的壓力圈結構更趨合理有效，但沒有給出可行的壓邊力控制曲線Murrata和Matsui近期的研究結果表明使用分段力壓圈的結構，即使角部和邊上的HBF保持定長時，分段壓力圈還是要比剛性的單片的壓邊圈所的到的產品的拉深深度要大。圖1.2拉深模具壓邊圈的分段結構1.2.3變壓邊力的有限元數值模擬研究數值模擬技術作為CAE的關鍵技術之一，是金屬塑性加工工藝設計和模具設計的主要輔助工具。過去10年里，板料成形的數值模擬技術突飛猛進，壓邊力的研究領域也逐步引進了有限元數值模擬技術。DYNAFORM是采用動態顯示式算法，以LSDTNA為其解算器沖壓CA