基于有限元的半球形件沖壓成形中拉延筋畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 PAGE40 / NUMPAGES43畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要本文首先通過分析半球形件在沖壓成形中的變形特點(diǎn)，了解半球形在沖壓成形中遇到的問題：起皺與破裂。然后針造成起皺與破裂的影響因素進(jìn)行分析，尤其是拉延筋設(shè)計(jì)在半球形件沖壓成形中的影響,借助CAE建模在通過用DYNAFORM改變拉延筋位置、拉延筋方式、筋高、拉深速度與壓邊力等因素，進(jìn)行半球形件的成形性能的有限元分析仿真，探討半球形件沖壓成形工藝中拉延筋的設(shè)計(jì)，并最終選擇較優(yōu)拉延筋參數(shù)的方法。關(guān)鍵詞 拉延筋 半球形件 沖壓成形 有限元畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要Title Drawbead Design Of Hemispheric

2、al Stamping Based On Finite Element AnalysisAbstractHemispherical pieces of paper, through analysis of the deformation in forming the characteristics of hemispherical in forming the understanding of the problems: wrinkling and rupture. Then cause wrinkling and rupture pins factors affecting the anal

3、ysis, especially designed drawbead hemispherical Stamping in effect through the use of CAE modeling drawbead with DYNAFORM change the location, drawbead way, rib height , Drawing speed and blank holder force and other factors, the performance of hemispherical shape parts finite element analysis simu

4、lation of metal forming process hemispherical drawbead design, and ultimately select the optimum Drawbead parameters.KeywordsDrawbeadHemispherical piecesStamping FEM目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc8457 1 緒論 PAGEREF _Toc8457 1 HYPERLINK l _Toc534 1.1 選題背景 PAGEREF _Toc534 1 HYPERLINK l _Toc8492 1.

5、2 沖壓成形技術(shù)研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc8492 1 HYPERLINK l _Toc1892 1.3 主要研究目標(biāo)與內(nèi)容 PAGEREF _Toc1892 2 HYPERLINK l _Toc11200 1.4 論文的組織結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc11200 2 HYPERLINK l _Toc5458 2 半球形件沖壓成形工藝?yán)碚摲治?PAGEREF _Toc5458 4 HYPERLINK l _Toc408 2.1 半球形件沖壓成形的變形特點(diǎn) PAGEREF _Toc408 4 HYPERLINK l _Toc31488 2.2 半球形件沖壓成形遇到的問題 PAGEREF

6、 _Toc31488 5 HYPERLINK l _Toc26762 2.3 影響半球形件沖壓成形的因素 PAGEREF _Toc26762 7 HYPERLINK l _Toc5466 2.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc5466 10 HYPERLINK l _Toc26257 3 半球形件沖壓成形的仿真模型建立 PAGEREF _Toc26257 11 HYPERLINK l _Toc1059 3.1 DYNAFORM軟件概述 PAGEREF _Toc1059 11 HYPERLINK l _Toc28474 3.2 基于DYNAFORM的半球形件成形模擬的流程 PAGEREF _

7、Toc28474 11 HYPERLINK l _Toc15429 3.3 半球形件仿真模型的建立與拉延筋的生成 PAGEREF _Toc15429 13 HYPERLINK l _Toc23844 3.4 成形極限圖FLD PAGEREF _Toc23844 21 HYPERLINK l _Toc2487 4 半球形件沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)模擬分析 PAGEREF _Toc2487 22 HYPERLINK l _Toc8414 4.1 參數(shù)選擇 PAGEREF _Toc8414 22 HYPERLINK l _Toc25975 4.2 研究分析思路 PAGEREF _Toc25975 22

8、HYPERLINK l _Toc6001 4.3 不同的拉延筋位置對半球形件成形影響分析 PAGEREF _Toc6001 22 HYPERLINK l _Toc26728 4.4 不同的拉延方式對半球形件成形影響分析 PAGEREF _Toc26728 26 HYPERLINK l _Toc20037 4.5 不同的筋高對半球形件成形影響分析 PAGEREF _Toc20037 28 HYPERLINK l _Toc10775 4.6 不同的拉深速度對半球形件成形影響分析 PAGEREF _Toc10775 31 HYPERLINK l _Toc26451 4.7 不同的壓邊力對半球形件成形

9、影響分析 PAGEREF _Toc26451 34 HYPERLINK l _Toc4789 4.8 本章小結(jié) PAGEREF _Toc4789 37 HYPERLINK l _Toc10174 結(jié)束語 PAGEREF _Toc10174 38 HYPERLINK l _Toc8644 致 謝 PAGEREF _Toc8644 39 HYPERLINK l _Toc30535 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc30535 401 緒論1.1 選題背景半球形零件在板料成形中是經(jīng)常遇到的比較典型的零件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半球形沖壓成形工藝被廣泛應(yīng)用于汽車航天等各領(lǐng)域，目前在汽車和飛機(jī)制造業(yè)

10、中半球形件的成形方式很多都為拉深成形1。在沖壓加工中半球形件會帶有一些難度：一般都是凹?？诓康膬?nèi)坯料曲面部分的起皺，有可能影響板料的成形和使用性能。半球形沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)主要是解決起皺與破裂這些難點(diǎn)問題。因?yàn)榘肭蛐渭儆谇婊剞D(zhuǎn)體零件，半球形件成形是曲面成形中最簡單的一種，但是半球形件也是薄板金屬沖壓件中較難成形的一類零件，半球形件由于含有圓角區(qū)的緣故，變形區(qū)內(nèi)變形大小的分布不是很均勻的，造成半球形件成形的不均勻性明顯,因此研究影響半球形沖壓成形的因素將會對以后研究各種復(fù)雜曲面成形有很好的參考意義。半球形件成形工藝 (Hemispherical Molding Technology, H

11、MT)是研究球面零件拉深成形時(shí)防止或減少皺曲的技術(shù)，是研究復(fù)雜幾何形狀的曲面沖壓成形工藝的基礎(chǔ)，掌握半球形件的變形規(guī)律對實(shí)際生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義2。在板料成形的過程中，壓料面上各部位的進(jìn)料阻力各不一樣，一般采用拉深筋來進(jìn)行控制。拉深筋參數(shù)的合理取值與拉延筋位置的合理布置是控制金屬流動、防止出現(xiàn)起皺和破裂的重要手段。通過改變拉延筋幾何參數(shù)使變化率更加合理，能明顯地提高半球形件沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)質(zhì)量。本課題首先選取了簡單的非軸對稱件半球形件作為研究起點(diǎn),借助CAE手段通過改變拉延筋參數(shù)方式，進(jìn)行半球形件的成形性能的有限元分析仿真，探討半球形件沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)。1.2 沖壓成形技術(shù)研究現(xiàn)狀

12、（1）半球形件沖壓成形研究現(xiàn)狀 國外Yossifon等人通過對ALI100坯料的系列試驗(yàn)，得出結(jié)論：優(yōu)化壓邊力曲線是與不失穩(wěn)的最小值互相對應(yīng)的，即壓邊力大小剛好保證不起皺3。從試驗(yàn)的角度分析半球形零件沖壓成形的失穩(wěn)點(diǎn)，得出半球形零件的內(nèi)皺一般發(fā)生在相對其半徑為0.860.88附近的位置處。 （2）拉延筋技術(shù)研究現(xiàn)狀1998年，T. Meinders建立了一種基于罰約束法的拉延筋等效模型4。將該拉延筋的等效模型用于盒形件的拉深仿真，在材料選取為彈塑性模型時(shí)，比只考慮筋阻力的等效拉延筋模型的仿真結(jié)果更符合試驗(yàn)的結(jié)果。由于板料經(jīng)過拉延筋時(shí)的變形過程比較復(fù)雜，在推導(dǎo)這些模型的時(shí)候，考慮的因素不同，建立

13、的模型也不一樣，其計(jì)算的精確度也不一樣，為了考慮某些因素，就需要引入一定的假設(shè)，這也會對模型的計(jì)算精度造成一些影響5。1.3 主要研究目標(biāo)與內(nèi)容本項(xiàng)課題以半球形沖壓成形性為研究對象。通過對凹模施加拉延筋來增加進(jìn)料的阻力，從而減少起皺與拉裂，再借助CAE手段建模通過DYNAFORM改變拉延筋參數(shù)方式（拉延筋的位置，形式，筋高等），進(jìn)行半球形件成形性能的有限元仿真分析，探討半球形件沖壓成形工藝。了解半球形件在拉深成形過程中其起皺與拉裂的狀況。試驗(yàn)通過對不同變量曲線下的FLD圖進(jìn)行觀察，最終確定并選擇合適的參數(shù)來優(yōu)化其成形工藝。本課題的主要內(nèi)容歸納如下： （1）分析國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，了解并確定本課題

14、的研究內(nèi)容； （2）研究并分析半球形件的成形理論和其成形中遇到的問題，如起皺、破裂與拉延筋在沖壓成形中的作用，確定其影響因素：壓邊力、拉深速度、拉延筋的各參數(shù)等； （3）介紹板料成形的有限元數(shù)值模擬基本理論以與Dynaform軟件的數(shù)值模擬過程，確定研究半球形件成形工藝中拉延筋設(shè)計(jì)的具體仿真試驗(yàn)方案； （4）選擇板料與模具的參數(shù)，使用Pro/E建立CAD模型，在Dynaform中建立沖壓模具、壓邊圈、板料的有限元模型，建立半球形件模型，選定合適的試驗(yàn)參數(shù)； （5）采用不同的拉延筋位置的情況下進(jìn)行分析，比較成形性能，得出較優(yōu)的解； （6）對不同的拉延筋形式進(jìn)行分析，比較成形性能，得出拉延筋形式的

15、優(yōu)化方案。 （7）使用不同筋高對優(yōu)化解進(jìn)行進(jìn)一步分析，得出筋高的優(yōu)化方案； （8）使用不同的變壓邊力對優(yōu)化解進(jìn)行進(jìn)一步分析，得出壓邊力的優(yōu)化方案。1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)本文以板料拉深成形中比較有代表意義的半球形件為主要研究對象，從理論上分析和研究其拉深成形過程中成形機(jī)理和變形特點(diǎn)以與缺陷，并使用板料成形模擬仿真專用軟件DYNAFROM對半球形件進(jìn)行仿真和分析，并對基于有限元的半球形件沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)的最優(yōu)條件進(jìn)行預(yù)測。全文分為五四章，各章內(nèi)容如下：第1章：簡要介紹了課題研究的背景和意義，分析了國內(nèi)外沖壓成形工藝相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，確立了課題的研究內(nèi)容和目標(biāo)，闡述了論文的結(jié)構(gòu)安排。第2章：

16、進(jìn)行半球形件拉深過程拉延筋設(shè)計(jì)的理論分析，并對板料成形失效中的起皺和拉裂的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了簡單的分析。第3章：對半球形件成形時(shí)破裂和起皺臨界壓邊力理論進(jìn)行了研究，分析了影響板料臨界壓邊力的因素，并討論了板料成形的安全區(qū)域。 第4章：用DYNAFORM對拉深成形進(jìn)行模擬分析，即反映其變形特點(diǎn)與對拉延筋參數(shù)等因素作用下的半球形件成形過程進(jìn)行了仿真分析。 結(jié)束語：簡要總結(jié)了本課題研究取得的成果與不足，并對今后的工作進(jìn)行了展望。2 半球形件沖壓成形工藝?yán)碚摲治鲈跊_壓生產(chǎn)的過程中，拉深件的種類很多，形狀各不一樣，雖然它們的沖壓過程都叫做拉深，但其變形區(qū)的位置、變形的性質(zhì)、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)與其分布等都各不一樣，

17、所以工藝參數(shù)、工序數(shù)目與順序的確定方法與模具設(shè)計(jì)原則與方法也都不一樣，由于半球形件法蘭部分易起皺，內(nèi)壁容易拉裂，并且受壓邊力、凹模圓角半徑、拉延筋的參數(shù)等因素的影響，使得其起皺影響區(qū)成形機(jī)理非常復(fù)雜6。按力學(xué)變形的特點(diǎn)，拉深工件可分為桶形件（圓桶形件，帶凸緣圓桶件，階梯圓桶件）、曲面回轉(zhuǎn)體零件（球形、拋物線形、錐形等）、盒形件（方形、矩形、橢圓形等）和不規(guī)則形狀零件等四大類。半球形件是比較常見的、幾何形狀比較規(guī)則的、應(yīng)用比較廣泛的一類曲面回轉(zhuǎn)體沖壓件，在軸對稱零件中也具有一定的代表性，屬于薄板金屬沖壓中較難成形的一類零件，其在成形過程中的變形特點(diǎn)是值得研究的。因此本文以半球形件沖壓工藝為研究起

18、點(diǎn)，通過施加拉延筋并改變拉延筋的各參數(shù)來減少起皺與拉裂，使成形效果達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化7。2.1 半球形件沖壓成形的變形特點(diǎn) （1）半球形件初次拉深成形時(shí)，零件表面的網(wǎng)格發(fā)生了明顯變化，說明凸緣變形區(qū)直邊部分發(fā)生了橫向壓縮變形，使圓角處的應(yīng)變強(qiáng)化得到緩和，從而減小了圓角部分傳力區(qū)的軸向拉應(yīng)力，相對增加了傳力區(qū)的承載能力(如圖2.1）。凸模 2.壓邊圈 3.板料 4.凹模圖2.1 劃分網(wǎng)格后的有限元模型 （2）半球形件拉深時(shí)，凸緣變形區(qū)圓角處的拉深阻力大于直邊的拉深阻力，造成圓角處的變形程度比直邊處的變形程度要大。因此，變形區(qū)內(nèi)直邊處大于圓角處金屬質(zhì)點(diǎn)的位移量，從而使這兩處的位移速度不同，而毛坯中這兩

19、部分又是一個(gè)聯(lián)系在一起的整體，變形時(shí)必然會相互牽制，這種位移速度差就會引起剪切力，而這種剪切力被稱為位移速度誘發(fā)剪應(yīng)力。誘發(fā)的剪切力在兩處交界面處達(dá)到了最大值，并沿著直徑和圓角處的中心線逐漸減小8。實(shí)際上曲面零件的成形，是坯料從凹模端面的拉入和凸模底部坯料的變薄所導(dǎo)致，即曲面零件成形的機(jī)理，是坯料的拉深與脹形兩種變形方式的復(fù)合。2.2 半球形件沖壓成形遇到的問題和普通光板一樣，半球形件的沖壓成形是一個(gè)復(fù)雜的、多重非線性的力學(xué)變形過程，且由于半球形件的材料、曲面的存在，使半球形件的沖壓成形過程變得復(fù)雜，因此其成形過程也出現(xiàn)了較多的缺陷，總體來說，半球形件的主要缺陷形式有：起皺、破裂等10。2.2

20、.1 起皺薄板在沖壓成形時(shí)，為使金屬發(fā)生塑性變形，模具要對板料施加外力，使在板內(nèi)形成復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，由于板料的厚度相對于其他兩個(gè)方面的尺寸是非常小的，因此厚度方向是不穩(wěn)定。板厚方向在板料內(nèi)的壓應(yīng)力作用下達(dá)到失穩(wěn)極值時(shí)，板料發(fā)生起皺現(xiàn)象。起皺是影響板料在沖壓成形中面形狀精度不良的主要因素。一般來說，沖壓零件上發(fā)生劇烈形變的位置周圍，因?yàn)槊鞯淖冃尾荒芫鶆虻姆植?，?dǎo)致零件表面上易形成部分起伏（或凸凹），當(dāng)起伏高度保持在0.2mm范圍內(nèi)時(shí)，稱為“面畸變”，當(dāng)起伏高度達(dá)到或超過0.2mm時(shí)則稱為“起皺”。起皺是板料拉深成形中的一種不利現(xiàn)象，輕微的起皺會使產(chǎn)品的形狀精度、尺寸精度以與表面質(zhì)量等受到影響，

21、而嚴(yán)重的起皺影響加工過程的順利進(jìn)行。因此，科學(xué)地掌握起與了解起皺發(fā)生的規(guī)律，對板料成形技術(shù)的進(jìn)步具有很重要的意義。在板料沖壓過程中會產(chǎn)生各種各樣的起皺，按造成起皺的外力分可以分為四類（如圖2.2），這和引起起皺的外力分類（包括壓縮力、剪切力、不均勻拉深力以與平面內(nèi)彎曲力等四類）是一一對應(yīng)的。按起皺發(fā)生的位置分也有四類：凹模表面、凹?？诓?、拉深側(cè)壁和凸模底部。圖2.2 板料起皺類型在半球形件沖壓成形過程中，薄板的起皺過程與普通光板類似，但在凹模法蘭區(qū)（如圖2.3）最容易發(fā)生起皺，這不僅受拉深系數(shù)和凹模工作部分的幾何形狀有影響，最重主要的是受相對厚度（，其中是拉深前板料的厚度，是拉深前毛坯直徑）的

22、影響，中國科學(xué)院金屬研究所的張士宏等人通過研究得知：板料毛坯的相對厚度越大，拉深變形區(qū)抗失穩(wěn)能力越差，也越容易產(chǎn)生起皺，而且起皺最先會發(fā)生在法蘭區(qū)。李春峰經(jīng)過試驗(yàn)研究與理論分析，提出了半球形零件沖壓變形失穩(wěn)點(diǎn)的概念，通過對研究半球形零件沖壓變形失穩(wěn)點(diǎn)，得出半球形件起皺大多發(fā)生在相對半徑為0.860.88附近的位置，而在相對半徑0.64的位置容易發(fā)生裂紋，在試件的平面應(yīng)變狀態(tài)點(diǎn)附近會產(chǎn)生破裂點(diǎn)。我們可以通過增加材料流動的阻力來消除半球形件沖壓過程中發(fā)生的起皺現(xiàn)象，可以在起皺區(qū)引入材料的流動阻力，消除一些壓應(yīng)力的影響。還可以采取使用分塊或階梯壓邊圈，加大壓邊力，也可以在法蘭區(qū)設(shè)置拉延筋，使法蘭區(qū)部

23、分材料的流動阻力加大，從而達(dá)到消除起皺。但是，如果壓邊力或拉延筋的約束力太大，材料就會出現(xiàn)拉裂。相反，如果壓邊力或拉延筋的約束力不夠大，材料流動的阻力太小，就不能夠有效的消除起皺現(xiàn)象。一般而言，理想的壓邊力規(guī)律應(yīng)該是：在最初的時(shí)候壓邊力應(yīng)稍大一些，使板料發(fā)生拉深，當(dāng)沖頭運(yùn)動行程已經(jīng)比較大時(shí)，壓邊力開始應(yīng)適當(dāng)變小點(diǎn)，避免產(chǎn)生拉裂。但在現(xiàn)實(shí)的操作中控制壓邊力大小的準(zhǔn)確度還是有些難度的。2.2.2 破裂在半球形件沖壓成形中拉深失穩(wěn)的另一表現(xiàn)就是破裂。在拉應(yīng)力作用下毛坯發(fā)生塑性變形時(shí)，材料的應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)在增加，承載面積卻是在縮小。當(dāng)材料硬化的應(yīng)力增量足以彌補(bǔ)承載面積的減小量并且還能保持穩(wěn)定變形所需要的

24、應(yīng)力增加值時(shí)，拉深變形可以穩(wěn)定進(jìn)行；當(dāng)兩者相等時(shí)，拉深變形處于臨界狀態(tài)，即失穩(wěn)點(diǎn)；當(dāng)材料硬化的應(yīng)力增量小于承載面積的減小需要的應(yīng)力增加值時(shí)，毛坯會失穩(wěn)發(fā)生破裂（如圖2.4）。破裂和起皺的實(shí)質(zhì)是一樣的，都是不能穩(wěn)定進(jìn)行變形導(dǎo)致的。不同的是，拉深失穩(wěn)只有在材料進(jìn)行塑性變形時(shí)會發(fā)生，半球形件的底部容易發(fā)生破裂，因?yàn)楫a(chǎn)生應(yīng)力比較集中。圖2.3 半球形件沖壓成形起皺 圖2.4 半球形件沖壓成形破裂2.3 影響半球形件沖壓成形的因素造成以上缺陷的影響因素非常多，如毛坯幾何參數(shù)、模具幾何參數(shù)、板材性能參數(shù)（如板料的強(qiáng)度比）、工藝條件（如壓邊力、沖壓速度、模具和板料的潤滑條件等）等等。2.3.1 毛坯幾何參數(shù)

25、 對于半球形件來說，其毛坯幾何參數(shù)主要包括：相對厚度、板料的初始外形和尺寸。 （1）相對厚度（）在半球形件沖壓成形過程中，薄板與普通光板的起皺過程有很多一樣，但在凹模法蘭區(qū)非常容易起皺（如圖2.3），這不僅受拉深系數(shù)和凹模工作部分的幾何形狀影響，最主要是與相對厚度有關(guān)。對于同一材料，相對厚度的增加會使得切向壓邊力大大增加，從而增加板材的穩(wěn)定性，也就是說在承受較大的切向壓應(yīng)力時(shí)還能不發(fā)生屈曲保持平面的平衡，因而可以用來衡量板材的穩(wěn)定性，這就是為什么在薄板成形中采用疊層拉深可以提高穩(wěn)定性的原因。對于沖壓成形中的內(nèi)皺問題，可以通過提高板料的相對厚度來防止內(nèi)皺的產(chǎn)生11。 （2）毛坯的形狀和尺寸毛坯的

26、初始形狀與尺寸是影響成形效果的重要因素之一。毛坯形狀與尺寸設(shè)計(jì)的合理，有利于改善沖壓過程中材料的流動性，從而降低產(chǎn)生拉裂、起皺的可能性，提高零件的成形性。合理的毛坯形狀與尺寸，不僅可以彌補(bǔ)材料自身成形性的不足，也可以對模具設(shè)計(jì)制造上的欠缺進(jìn)行一定補(bǔ)償，減少修模次數(shù)，降低廢品率。2.3.2 沖壓工藝參數(shù)影響板料成形的工藝條件有：壓邊力、摩擦系數(shù)、沖壓速度等。 （1）壓邊力壓邊力是沖壓成形過程中影響沖壓件成形質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，它可以改變材料中的拉應(yīng)力大小，從而影響材料的流動。所以采用合理的壓邊力可以預(yù)防半球形件成形中過早產(chǎn)生起皺和破裂，還可以使生產(chǎn)的效率提高12。傳統(tǒng)的壓邊力控制方法有兩種，一種

27、是基于單動壓力機(jī)的，主要通過彈性裝置、氣墊和液壓墊來控制壓邊力。另一種是基于雙動壓機(jī)，由獨(dú)立的滑塊驅(qū)動壓邊圈，控制壓邊力大小，一般壓邊力不隨拉深行程變化。 （2）沖壓速度沖壓速度也是沖壓成形過程中影響沖壓件成形質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，它是通過向材料施加的正向壓應(yīng)力來控制材料流動的。合適的沖壓速度不但能防止半球形件成形中起皺和破裂的過早出現(xiàn)，還能提高生產(chǎn)效率。沖壓速度大小因其成形方式、成形條件不同而不同，因此要根據(jù)具體問題具體分析。較大的沖壓速度會導(dǎo)致形件的破裂，較小則達(dá)不到?jīng)_壓要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，沖壓速度一般取較大值。 （3）摩擦系數(shù)在拉深成形過程摩擦系數(shù)的大小對成形的影響是雙重

28、的。不僅使板料在拉深過程中的摩擦損耗減小，還可以使半球形件形件壁傳力區(qū)的負(fù)擔(dān)減小，所以應(yīng)該盡量減小摩擦系數(shù)，使凹模與壓邊圈和板料接觸的工作表面比較光滑，使半球形件金屬流動條件得到改善，有益于材料的拉深成形。另一方面，凸模與半球形件之間的摩擦可以增大拉深能力。一般來說，摩擦系數(shù)越大，破裂臨界壓邊力就小。因而增大時(shí)，拉深中的起皺臨界壓邊力減小，使起皺的可能減小。2.3.3 模具幾何參數(shù)模具幾何參數(shù)包括：凹模圓角半徑、凹模截面尺寸B和拉延筋。 （1）模具圓角半徑一般來說，模具圓角半徑取值太小，會導(dǎo)致零件的成形質(zhì)量不理想，選用較大的模具圓角半徑會使成形的安全區(qū)域變大。圓角半徑的尺寸對板料通過圓角時(shí)的張

29、力有一定影響，圓角半徑越小板料的張力就越大，板料的變形也就越大。當(dāng)圓角半徑增大時(shí)，板料彎曲半徑增大，回彈角也增大。因此，圓角半徑太大會使板料發(fā)生回彈導(dǎo)致零件的加工精度不準(zhǔn)確；圓角半徑太小，會使板料變形過程中材料流動性減小，出現(xiàn)零件過早的破裂。同時(shí)選擇合理的轉(zhuǎn)角半徑，也有利于提高成形質(zhì)量，如果轉(zhuǎn)角半徑過小，材料容易發(fā)生破裂。凹模圓角半徑相對于凸模圓角半徑來說對板料的影響更大，凹模圓角半徑對板料流入凹模的速度有很深影響，凹模圓角半徑越大，會使降低板料流入模腔的難度，易于板料成形；反之，凹模圓角半徑越小，板料成形的阻力大，板料就容易破裂13。 （2）凹模界面尺寸凹模截面尺寸的大小在很大程度上影響工件

30、的拉深成形，當(dāng)凹模截面尺寸不夠大時(shí)，材料很難流入模腔，就會產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。 （3）拉延筋拉延筋在沖壓成形中能使進(jìn)料阻力增加，拉延筋阻力是由坯料通過拉延時(shí)的彎曲反彎曲變形力、摩擦力以與因變形硬化引起的再變形抗力增量二部分組成的。板料流經(jīng)拉延筋時(shí)，發(fā)生了彎曲、回復(fù)、彎曲的反復(fù)變形，這些變形所需要的變形力加上板料經(jīng)過拉延筋時(shí)產(chǎn)生的摩擦力都施加在板料上，使板料流動的進(jìn)料阻力變大14-16。2.3.4 材料性能參數(shù)影響板料成形的材料性能參數(shù)主要有：強(qiáng)度系數(shù)K、厚向異性指數(shù)r與材料強(qiáng)化指數(shù)n。 （1）強(qiáng)度系數(shù)材料的強(qiáng)度性能用強(qiáng)度系數(shù)K表示，不同材料決定了強(qiáng)度系數(shù)K的不同。當(dāng)K值增加時(shí)，起皺臨界壓邊力也會增加

31、，隨著強(qiáng)度系數(shù)的增加破裂失效時(shí)的極限載荷也會增加，所以破裂臨界壓邊力也會增加。 （2）厚向異性指數(shù)板料在生產(chǎn)加工中要經(jīng)過軋制與退火等工藝，這就使得板料各個(gè)方向的塑性存在差異，也叫做板料的塑性各向異性。板料在板平面方向和厚度方向上由于各向異性而引起應(yīng)變能力不一致通常用厚向異性指數(shù)表示17。厚向異性指數(shù)能體現(xiàn)出板料在板平面內(nèi)承受拉力或壓力時(shí)抵抗變薄或變厚的能力。 （2.1） 式2.1中、分別0、45、90方向上的異性指數(shù)。值也叫做塑性應(yīng)變比，板料的各向異性在生產(chǎn)中就用其表示，它的大小等于寬度方向上的應(yīng)變與厚度方向上的應(yīng)變之比。值越大，表示板料在寬度方向上越容易產(chǎn)生變形，越容易避免發(fā)生起皺；在拉應(yīng)力

32、作用下，值越大，板料的拉深處不易變薄，就不容易發(fā)生拉裂。 （3）應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)n值也叫做加工硬化指數(shù)或者說是硬化系數(shù)，它表示板料在冷變形過程中材料的變形抗力(強(qiáng)度)隨變形程度增大而增加的性質(zhì)18。材料的n值越大，同樣的變形條件下的應(yīng)力增加得越多。所以在拉深過程中加工的材料硬化越強(qiáng)越不容易產(chǎn)生細(xì)頸，因此可以相對的延緩危險(xiǎn)斷面的變薄和拉斷現(xiàn)象。由此可見，破裂臨界壓邊力隨n值的增大而增大，而隨著n值的增大，起皺臨界壓邊力減小。所以安全區(qū)域隨著應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)n值的增大而增大。2.3.5 本文研究的主要因素由上可知，影響半球形件沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)的因素是眾多而繁雜的，要對這些因素一一進(jìn)行分析是

33、十分困難的，也沒有必要，因?yàn)閷τ谝恍┨囟ǖ臎_壓設(shè)備，或特定的零件，一些因素是比較固定或者對半球形的成形影響比較小，比如本文研究得是材料一樣的半球形件，其強(qiáng)度比是固定的。因而本文只選擇其中對半球形件沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)影響比較大的因素進(jìn)行分析。通過設(shè)置和改變拉延筋的位置、拉延筋的類型、拉延筋的高度、壓邊力和拉深速度等對半球形件沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)有重要影響的因素，來對做試驗(yàn)。因此，本課題選取影響半球形件成形的因素與改變拉延筋的參數(shù)作為研究對象，對半球形件的沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)做深入研究。2.4 本章小結(jié)本章首先介紹了半球形件沖壓成形的基本理論與其成形缺陷，并在此基礎(chǔ)上找出了影響其沖壓成形中拉延

34、筋設(shè)計(jì)的因素與本文要研究的主要因素，這是為第四章半球形件沖壓成形中拉延筋的優(yōu)化與設(shè)計(jì)仿真分析奠定了理論基礎(chǔ)。3 半球形件沖壓成形的仿真模型建立3.1 DYNAFORM軟件概述此處省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯3.2 基于DYNAFORM的半球形件成形模擬的流程 半球形形件成形智能多參數(shù)工藝智能選擇系統(tǒng)是在考慮到?jīng)_壓件受工件幾何參數(shù)、模具幾何參數(shù)、材料性能、摩擦系數(shù)、材料厚度、沖壓力、變壓邊力等因素的影響22，所以要獲得比較好的試驗(yàn)效果，首先應(yīng)建立合理工藝模型，步驟如圖3.1所示：開始用

35、Pro/E建立半球形件與模具的幾何模型以IGS格式將零件模型導(dǎo)入DYNAFORM對半球形件以與模具進(jìn)行修剪模具有限元網(wǎng)格劃分劃分毛坯網(wǎng)格分別對凸凹模、板料與壓邊圈進(jìn)行定義成形工具定義材料屬性，選擇材料模型設(shè)置成形參數(shù)（拉延筋的位置，類型，筋高壓邊力、沖壓速度，壓邊力等）求解器仿真計(jì)算記錄應(yīng)力應(yīng)變、厚度數(shù)據(jù)成形極限圖（FLD）滿意修改幾何模型圖修改成形參數(shù)前處理后處理不滿意設(shè)計(jì)結(jié)果是否滿意結(jié)束圖3.1 半球形件成形模擬的流程3.3 半球形件仿真模型的建立與拉延筋的生成為了研究曲面的沖壓成形性能和規(guī)律，本文選用典型的軸對稱零件半球形件進(jìn)行拉深成形仿真研究。半球形件是最常見的幾何形狀相對比較規(guī)則、應(yīng)

36、用比較廣泛的一類沖壓件，在軸對稱件中具有一定的代表性。研究半球形件的沖壓成形性能對以后復(fù)雜曲面沖壓件的研究有著一定的指導(dǎo)意義。3.3.1半球形件仿真模型的建立 （1）在PRO/E中建立凸模、凹模、板料的模型，在草繪狀態(tài)下繪制凸模、凹模、板料的尺寸如下圖3.2。對于凸模和凹模草繪然后進(jìn)行拉深，凸模半徑為180mm，軸向長度為350mm；凹模半徑為180mm，外輪廓尺寸半徑為260mm，高度為300mm，板料的半徑為260mm；最后對板料草繪后填充。(a) 凹模三維圖 (b) 凸模三維圖圖3.2 模具與板料三維圖 （2）根據(jù)工件尺寸利用Pro-e建立半球形件的*.igs格式文件；單擊生成的實(shí)體模型

37、文件，然后保存副本，文件類型選擇*igs，單擊確定，在輸出IGES窗口，選取曲面，坐標(biāo)缺省，單擊確定, 如圖3.3。這樣能得到對應(yīng)的模型的*igs格式文件，可以用于Dynaform的調(diào)用。同時(shí)將對應(yīng)的實(shí)體模型保存以便在后面改變模具參數(shù)重新建模所用。圖3.3 保存文件 （3）將*.igs數(shù)據(jù)導(dǎo)入DYNAFORM并對模型進(jìn)行單元網(wǎng)格化處理；打開Dynaform軟件，單擊file，選擇imput選項(xiàng)，找到前面保存的對應(yīng)的*igs文件，先倒入凹模在導(dǎo)入板料，凹模導(dǎo)入兩次，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)凹模文件將在Dynaform中被修剪成壓邊圈, 導(dǎo)入完的模型如圖3.4。圖3.4 導(dǎo)入后的模型單擊Parts，選擇Edi

38、t，在Edit part窗口為導(dǎo)入文件重新編輯如圖3.5。如圖3.5 編輯模具單擊Preprocess（前處理），選擇surface對導(dǎo)入的模型進(jìn)行修剪，刪除不必要的表面，在Surface窗口選擇，在selectByCursor選擇，然后在窗口中選中沒用的表面，單擊OK即可。刪去相應(yīng)的表面后得到完整的模型如圖3.6所示。圖3.6 表面處理后的模型單元網(wǎng)格化處理，單擊Preprocess（前處理），選擇Element，選中，相應(yīng)的單元的參數(shù)默認(rèn)設(shè)置如圖3.7,3.8，Max.Size為30.000，Min.Size為0.5，Chordal Dev為0.150，Angle為20.000,Gap t

39、ol為2.500，Ignore Hole Size為0.000。然后點(diǎn)擊Select Surfaces，點(diǎn)擊，分別對凹模、壓邊圈進(jìn)行網(wǎng)格化。對如板料的網(wǎng)格化Tools，選擇Blank Generator，單擊SURFACE，選中板料，在Mesh Size窗口，Tool Radius為1.750000，單擊確定，完成板料的網(wǎng)格劃分，最后如圖3.9。 圖3.7 凸模、凹模、壓邊圈單元網(wǎng)格化參數(shù) 圖3.8 板料單元網(wǎng)格化參數(shù)圖3.9 網(wǎng)格化后的模型 （4）定義板料的材料與屬性，模具間距板料的材料和屬性設(shè)定，單擊Tools，選擇Define Blank，單擊Add添加板料B為毛坯，然后點(diǎn)擊Materi

40、al，單擊Material Library，進(jìn)入材料庫窗口選擇鋁合金AA6009所對應(yīng)的材料。如圖3.10所示，相應(yīng)的中文參數(shù)如表3.1。圖3.10 板料的材料屬性表3.1 材料性能參數(shù)厚度t/ mm寬度L/ mm屈服極限強(qiáng)度系數(shù)K/ MPa厚向異性指數(shù)r應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)n1.2200154.30512.21.650.23單擊Property，在Property窗口單擊New按鈕，新建板料屬性，UNIFORM THICKNESS（板厚為1.2mm）為1.200000E+000，如圖3.11。圖3.11 板料的屬性定義模具間的距離，單擊Tools，Position Tools中Move Tools，

41、選擇要移動的模具，在Distance中輸入移動距離，移動方向?yàn)閆 Translation，使y在Z方向移動0.6mm,a在Z方向移動-0.6mm。3.3.2 拉延筋的設(shè)置 （1） 新建零件層初步確定拉延筋的布置位置，單擊Preprocess（前處理），選擇點(diǎn)線，選擇當(dāng)前零件層為凹模，接著新建零件層，設(shè)置分裂角為0度，名稱為拉延筋（L）。然后在凹模上選擇合適的位置偏移拉延筋曲線，初步選擇拉延筋的位置為距離凸緣邊緣40mm處，如圖3.12所示。具體的拉延筋合理的選擇位置會在后面的試驗(yàn)中加以討論。圖3.12 拉延筋的布置位置（2）快速設(shè)置拉延筋的參數(shù)以與毛坯的定義通過QuickDraw Die可以選

42、擇拉延類型為雙動，這樣可以使凸緣部分更加平整在沖壓成形中，有效的提高了形件在沖壓過程中的質(zhì)量。但是，使用雙動類型在實(shí)際生產(chǎn)中會增加生產(chǎn)所需的成本。由于Dynaform軟件中材料單元庫的AA6009的材料性能參數(shù)和試驗(yàn)中的材料性能接近，所以模擬試驗(yàn)時(shí)選擇AA6009中的37號材料，材料的厚度為1.2mm，材料的性能參數(shù)表如圖3.10所示。接著快速分別定義凹模、壓邊圈、板材、沖壓速度和壓邊力等。定義拉延筋的各個(gè)參數(shù)如筋高、凹槽圓角、筋的形式等等，如圖3.13所示。工具定義完成以后如圖3.14所示，快速設(shè)置中相應(yīng)選項(xiàng)的顏色由紅色變?yōu)榫G色。 圖3.13拉延筋的參數(shù)設(shè)置圖3.14快速定義參數(shù)設(shè)置 （3）

43、對模型進(jìn)行有限元計(jì)算單擊Analysis，選擇LS_Dyna，為了在后處理中能夠較好的觀察成形過程，一般設(shè)定STEP=20。求解器采用Full Run Dyna,求解器精度采用單精度。同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大時(shí)，為了加快運(yùn)算速度，可以適當(dāng)提高DYNAFORM運(yùn)算器的內(nèi)存值。打擊OK即可進(jìn)行有限元的計(jì)算如圖3.15。 圖3.15 Analysis的參數(shù)設(shè)置3.3.1 模具和毛坯的幾何造型首先利用Pro/E軟件，構(gòu)造零件和坯料的實(shí)體模型，然后導(dǎo)出其IGS交換格式文件，再將該文件導(dǎo)入DYNAFORM中，進(jìn)行修剪和網(wǎng)格劃分。由于IGS格式轉(zhuǎn)換可能會出現(xiàn)模型失真情況所以讀入IGS文件后需要檢查模型，確定模型

44、的正確性。網(wǎng)格劃分結(jié)束后，把系統(tǒng)生成的網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入DYNAFORM中進(jìn)行下一步處理。3.3.2 前處理工作有限元前處理過程：（1）啟動ETA/DYNAFORM，選擇合適的殼單元類型，利用凹模、壓邊圈與板料之間的幾何關(guān)系生成相應(yīng)的有限元網(wǎng)絡(luò)，（2）檢查生成凹模以與壓邊圈和板料網(wǎng)格的法矢量、邊界、重復(fù)單元，修改網(wǎng)絡(luò)直到?jīng)]有錯(cuò)誤為止；待劃分的網(wǎng)絡(luò)前期檢查工作結(jié)束后，接著開始設(shè)置模具和坯料的相對位置；定義模具和坯料、壓邊圈之間的接觸類型和拉延筋參數(shù)(包括拉延筋位置，類型，筋高等)；調(diào)整毛坯、壓邊圈和凹模等工具間的相互位置；進(jìn)行工具動畫預(yù)覽確定沖壓運(yùn)動是否正確；（3）輸出用于模擬計(jì)算的文件（.dyn）和

45、有限元模型文件（.mod），并對它們進(jìn)行最后檢查；（4）利用LS-DYNA或LS-POST執(zhí)行板料沖壓模擬計(jì)算。在前處理過程中，還要設(shè)置板料厚度、材料模型和材料參數(shù)，其中除了質(zhì)量密度、楊氏模量、泊松比、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、塑性硬化指數(shù)和真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線等以外，還須考慮板料的各項(xiàng)異性22。3.3.3 后處理工作有限元分析計(jì)算過程結(jié)束后，首先動態(tài)顯示各部件（凹模、壓邊圈以與板料等）的運(yùn)動情況，來確定計(jì)算是否合理。三維成形過程中各參數(shù)與物理量的變化情況可以用等色圖或等直線圖動態(tài)顯示，包括各時(shí)間段的板料變形、材料流動、應(yīng)力、應(yīng)變分布情況、板料厚度變化以與起皺、破裂等情況，可以找出板料成形后每組參數(shù)對應(yīng)

46、的FLD圖、材料流動圖、應(yīng)力應(yīng)變圖、厚度分布圖等進(jìn)行詳細(xì)研究。3.4 成形極限圖FLD板料的成形極限主要受主應(yīng)力軸與板料軋制方向所成角度、應(yīng)變硬化指數(shù)、厚向異性系數(shù)、板料厚度等因素影響。同時(shí)還與零件形狀尺寸、板料尺寸、摩擦、模具、壓邊力、凹模圓角半徑等因素密切相關(guān)23。成形極限圖（FLD）（如圖3.16）廣泛應(yīng)用于板材成形性的評價(jià)以與分析沖壓工藝的可行性。成形極限圖可以反映主應(yīng)變在發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的分布狀態(tài),一般我們可以通過用帶有圓形網(wǎng)格的標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行拉脹試驗(yàn)來測試材料的成形極限曲線。它基于多項(xiàng)式擬合的基本原理以與相關(guān)性與方差的綜合分析，探討了成形極限散點(diǎn)與高次多項(xiàng)式之間的相關(guān)特性以與表面工程主應(yīng)變

47、極值點(diǎn)FLD0與擬合曲線的關(guān)系。在所得的擬合曲線基礎(chǔ)上配合數(shù)理統(tǒng)計(jì)與概率理論分析，擬合曲線的上下置信函數(shù)可以成為描繪成形極限曲線(FLC)的重要依據(jù)。也可以為FLD0值的區(qū)間估計(jì)提供可靠科學(xué)的置信分析。圖3.16 板料成形極限圖示例4 半球形件沖壓成形中拉延筋設(shè)計(jì)模擬分析4.1 參數(shù)選擇在板料成形過程中，壓料面上各部位的進(jìn)料阻力是不同的，通常采取施加拉深筋來進(jìn)行控制。拉深筋參數(shù)合理的取值和布置都是是控制金屬流動、防止出現(xiàn)起皺和破裂的重要手段24。在板料沖壓工藝設(shè)計(jì)過程中，采用基于有限元的CAE 分析和對拉深筋模型的成形過程進(jìn)行模擬和結(jié)果分析，不僅使有限元分析方法從設(shè)計(jì)驗(yàn)證地位提高到設(shè)計(jì)指導(dǎo)地位

48、，而且使實(shí)時(shí)的修正與模擬成為可能。使用Pro/E軟件完成對半球形件的凸模、凹模與板料模型進(jìn)行CAD建模，應(yīng)用專業(yè)CAE 軟件Dynaform的模擬技術(shù)20，通過模擬試驗(yàn)的方法，選取不同的拉延筋參數(shù)使用Dynaform軟件對半球形件成形性能進(jìn)行有限元仿真分析，驗(yàn)證拉深筋的一般設(shè)置規(guī)律，探討半球形件沖壓成形工藝，最終確定并選擇較優(yōu)的拉延筋參數(shù)。在保持拉延阻力基本不變的情況下，使拉延筋幾何參數(shù)與其變化率更加合理，從而有效地提高半球形件沖壓成形中拉延筋的設(shè)計(jì)質(zhì)量25。材料的力學(xué)性能指標(biāo)選默認(rèn)值，接觸類型為面面接觸，對于沖壓速度的定義，在拉深試驗(yàn)過程中，沖壓速度較低，接近于準(zhǔn)靜態(tài)的成形過程。由研究可知，

49、模擬計(jì)算效率基本與沖壓速度成正比，但速度過大勢必影響模擬精度。兼顧板料成形的準(zhǔn)靜態(tài)過程、模擬效率和模擬精度的要求，取凸模的模擬運(yùn)動速度為2000mm/s，行程為180mm，凹模和板料間與壓邊圈和板料間的摩擦系數(shù)都為0.125，壓邊力為200（KN），先進(jìn)行試驗(yàn)。4.2 研究分析思路本課題為基于有限元的半球形件沖壓成形中拉延筋優(yōu)化設(shè)計(jì)。有前面的闡述可知：影響半球形件拉深起皺的因素很多，結(jié)合實(shí)際情況本課題僅從不同拉延筋參數(shù)、壓邊力、拉深速度等方面對制件進(jìn)行數(shù)值模擬研究與分析，通過模擬，利用板料沖壓成形仿真的專用軟件DYNAFORM對半球形件進(jìn)行有限元分析，比較不同拉延筋位置、拉延筋的類型，壓邊力、

50、筋高，拉深速度對半球形件成形的影響。最后對比得到的各種方案的數(shù)據(jù)，從起皺和破裂，厚度變化，以與應(yīng)力應(yīng)變等方面來比較，并給出防止起皺的拉深條件組合。4.3 不同的拉延筋位置對半球形件成形影響分析 為分析在不同的拉延筋位置下工件的成形性能，試驗(yàn)條件如下： （1）模具的間隙為0.6mm； （2）凹模、凸模和板料間與壓邊圈和板料間的摩擦系數(shù)都為0.125摩擦邊界條件為0.12； （3）材料選用AA6009參數(shù)如表3.1； （4）模擬運(yùn)動速度為2000mm/s； （5）半球的半徑為180 mm,底圓角半徑r=20mm,材料厚為1.2 mm.根據(jù)上述的參數(shù)設(shè)定在DYNAFORM中進(jìn)行分析，分別采用不同的摩

51、擦系數(shù)進(jìn)行模擬如圖4.1、圖4.2，模擬試驗(yàn)結(jié)果如表4.1：表4.1 不同拉延筋位置下的模擬數(shù)據(jù)筋的位置406080100120最大變薄率%15.1710.0620.0919.6064.01最大變厚率%20.1322.3620.8027.9954.34最大正應(yīng)變0.4220.4420.4230.4340.530最大負(fù)應(yīng)變-0.070-0.074-0.071-0.078-0.005最大正應(yīng)力Pa332.84332.82332.90332.96358.20最大負(fù)應(yīng)力Pa-187.32-188.01-187.44-187.56-131.26成形效果起皺起皺起皺起皺變大破裂（a） 無拉延筋 （b）拉延

52、筋在40mm位置（c）拉延筋在60mm位置 （d）拉延筋在80mm位置（e）拉延筋在100mm位置 （f）拉延筋在120mm位置圖4.1 不同筋的位置下FLD圖(a) 厚薄變化曲線(b) 應(yīng)變變化曲線(c) 應(yīng)力變化曲線圖4.2 不同筋的位置下參數(shù)變化曲線圖由上分析結(jié)果如下： （1）從厚薄圖可以看出隨著拉延筋的位置不斷向凹模入口移動時(shí)，材料的最大變薄率和最大變厚率也隨之變大，在靠近凹模入口時(shí)出現(xiàn)明顯變化。最大變厚率在100120mm處急劇降低，有FLD圖可以看出凸緣處未能完全變形，所以厚度變化不大。 （2）當(dāng)拉延筋離凹?？诒容^遠(yuǎn)時(shí)，拉延筋對材料施加的阻力較小，材料流動速度比較快且通過拉延筋后還

53、有一段距離才能進(jìn)入凹模，這樣容易引起起皺。而離凹?？诤芙鼤r(shí)，材料流動阻力大，通過拉延筋后很快就進(jìn)入凹模且局部區(qū)域受力不均勻，所以容易引起拉裂。 綜合上面所述，合理的布置拉延筋的位置可以對板料起校平作用，糾正材料部平整的缺陷，提高拉延性能，有效的防止起皺和破裂。有試驗(yàn)結(jié)果分析后，初步確定拉延筋的位置布置在距離凸緣邊緣60mm80mm處比較合理。4.4 不同的拉延方式對半球形件成形影響分析 為分析在不同的拉延方式對半球形件成形影響分析，試驗(yàn)條件如下： （1）模具的間隙為0.6mm； （2）凹模、凸模和板料間與壓邊圈和板料間的摩擦系數(shù)都為0.125，摩擦邊界條件為0.12； （3）材料選用AA600

54、9參數(shù)如表3.1； （4）壓邊力200KN ，模擬運(yùn)動速度為2000mm/s，拉延筋的位置在距凸邊緣60mm位置； （5）半球盒的半徑為180 mm,盒底圓角半徑r=20 mm,材料為厚為1.2 mm。 根據(jù)上述的參數(shù)設(shè)定在DYNAFORM中進(jìn)行分析，分別采用不同的拉延方式進(jìn)行模擬如圖4.3、圖4.4，模擬試驗(yàn)結(jié)果如表4.2所示：表4.2不同筋的類型下模擬試驗(yàn)結(jié)果筋的形式圓筋矩形筋邊最大變薄率 %19.6020.0820.12最大變厚率 %27.9920.8027.23最大正應(yīng)變0.4220.4450.442最大負(fù)應(yīng)變-0.070-0.068-0.065最大正應(yīng)力Pa332.82333.673

55、33.90最大負(fù)應(yīng)力Pa-188.01-187.08-187.03成形效果起皺起皺起皺(a) 厚薄變化曲線(b) 應(yīng)變變化曲線(c) 應(yīng)力變化曲線圖4.3 不同拉延筋形式下參數(shù)變化曲線圖 （a）無拉延筋 （b） 圓筋 （c）矩形筋 （d） 邊圖4.4不同形式拉延筋模擬試驗(yàn)的FLD圖 由上分析結(jié)果如下： （1）由厚薄圖可以看出選擇矩形筋時(shí)，變厚率變小，說明材料通過矩形筋時(shí)受到的阻力變大，進(jìn)料困難。選擇圓筋時(shí)，材料所受的摩擦力比較小，進(jìn)料容易。 （2）由應(yīng)力應(yīng)變圖看出，隨著筋的類型的變化，應(yīng)力應(yīng)變變化不是很明顯，處于一個(gè)穩(wěn)定的趨勢。說明筋的類型的變化，對應(yīng)力應(yīng)變的影響不是很明顯。 綜合上述可知，筋

56、的類型對拉深有一定的影響，使用矩形筋進(jìn)料阻力變大，材料流動性變差，但穩(wěn)定性得到增加，起皺狀況能得到緩解。所以，我們選擇圓筋比較合理些。4.5 不同的筋高對半球形件成形影響分析 為分析在不同不同的筋高對半球形件成形影響分析，試驗(yàn)條件如下：（1）模具的間隙為0.6mm；（2）凹模、凸模和板料間與壓邊圈和板料間的摩擦系數(shù)都為0.125，摩擦邊界條件為0.12；（3）材料選用AA6009參數(shù)如表3.1；壓邊力200KN；（4）沖壓距離180mm，凸模的模擬運(yùn)動速度為2000mm/s，拉延筋的位置在距凸邊緣60mm位置，拉延筋類型為圓筋；（5）半球盒的半徑為180 mm,盒底圓角半徑r=20 mm,材料

57、為厚為1.2 mm。根據(jù)上述的參數(shù)設(shè)定在DYNAFORM中進(jìn)行分析，分別采用不同筋高進(jìn)行模擬如圖4.5、圖4.6模擬試驗(yàn)結(jié)果如表4.3：表4.3不同筋的高度下模擬試驗(yàn)結(jié)果筋高mm24610最大變薄率 %20.1019.6020.1522.18最大變厚率 %27.4427.9921.5422.01最大正應(yīng)變0.4220.4300.4260.423最大負(fù)應(yīng)變-0.070-0.074-0.071-0.077最大正應(yīng)力Pa332.82333.40332.97332.80最大負(fù)應(yīng)力Pa-188.01-188.21-187.07-188.11成形效果起皺較好較好起皺 厚薄變化曲線(b) 應(yīng)變變化曲線(c)

58、 應(yīng)力變化曲線圖4.5 不同拉筋高下參數(shù)變化曲線圖（a）筋高為2mm （b) 筋高為4mm (c) 筋高為6mm (d)筋高為8mm圖4.6 不同筋高下模擬試驗(yàn)的極限應(yīng)力圖 由上分析結(jié)果如下： （1）從不同筋高下厚薄圖變化來看，隨著筋高的不斷增加，變厚率隨之下降，變薄率增加。說明了隨著筋高的增加，使材料通過拉延筋的阻力也隨著增加，材料流進(jìn)比較困難；筋高比較小時(shí)，材料的流動阻力也比較小，容易導(dǎo)致形件的起皺。 （2）從應(yīng)力應(yīng)變圖來看隨著筋高的不斷增加，應(yīng)力應(yīng)變在一定范圍內(nèi)，處于一個(gè)恒定的水平，變化不是很明顯。說明隨著筋高的增加，對應(yīng)力應(yīng)變的變化影響不大。 綜上所述，筋高初步選在4 6mm比較合理。

59、4.6 不同的拉深速度對半球形件成形影響分析 為分析在不同的拉深速度對半球形件成形影響分析，試驗(yàn)條件如下： （1）模具的間隙為0.6mm； （2）凹模、凸模和板料間與壓邊圈和板料間的摩擦系數(shù)都為0.125，摩擦邊界條件為0.12； （3）材料選用AA6009參數(shù)如表3.1，拉延筋的位置在距凸邊緣60mm位置，拉延筋類型為圓筋，筋高為6mm； （4）半球盒的半徑為180 mm,盒底圓角半徑r=20 mm,材料為厚為1.2 mm。根據(jù)上述的參數(shù)設(shè)定在DYNAFORM中進(jìn)行分析，分別采用不同拉深速度進(jìn)行模擬如圖4.7、圖4.8，模擬試驗(yàn)結(jié)果如表4.4;表4.4不同拉深速度下模擬試驗(yàn)結(jié)果拉深速度mm/

60、s10002000300050007000最大變薄率%15.0020.0911.3326.9530.30最大變厚率%17.6020.8022.4134.7429.33最大正應(yīng)變0.4230.4280.4340.4220.421最大負(fù)應(yīng)變-0.071-0.070-0.069-0.068-0.060最大正應(yīng)力Pa332.37332.84330.99332.82332.59最大負(fù)應(yīng)力Pa-188.78-188.10-188.27-188.01-186.94成形效果起皺起皺破裂危險(xiǎn)區(qū)域增大破裂危險(xiǎn)區(qū)域增大破裂危險(xiǎn)區(qū)域增大（a) 厚薄變化曲線(b) 應(yīng)變變化曲線(c) 應(yīng)力變化曲線圖4.7 不同拉深速度