RC汽車模型底盤的簡要設(shè)計(jì)與制造（桂理工）
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桂 林 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)·讀書筆記
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
讀書報(bào)告（讀書筆記）
學(xué) 院： 機(jī)械與控制工程學(xué)院
課題名稱： 復(fù)雜階梯形圓筒件拉深有限元分析
專業(yè)(方向)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
（模具設(shè)計(jì)與制造）
班 級(jí)： 機(jī)械11-2班
學(xué) 生： 林紫梅
指導(dǎo)教師： 覃 天
日 期： 2015年 3 月 9 日
讀書筆記一
Dynaform簡介及發(fā)展現(xiàn)狀
1 DYNAFORM數(shù)值模擬軟件
板材成型有限元分析技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代初期，在近20年內(nèi)得到了迅速發(fā)展。由于其高效的計(jì)算功能使得應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已經(jīng)于分析復(fù)雜板材沖壓過程。這一技術(shù)既可以應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)階段，也可以應(yīng)用于分析和解決實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問題。目前，板料成型數(shù)值模擬技術(shù)逐漸走向成熟，已成為商業(yè)化的板料分析CAE軟件，得到了許多工業(yè)部門的重視和應(yīng)用。美國的通用、福特，德國的大眾、奔馳，日本的本田、日產(chǎn)等大型汽車制造公司，都已經(jīng)開始應(yīng)用板料成型分析CAE軟件來指導(dǎo)板料成型件的開發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。DYNAFORM軟件是美國ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開發(fā)的用于板料成型過程模擬仿真的專用軟件。它集成了DYNAFORM軟件本身功能強(qiáng)大的前處理功能和ETA—Post后處理軟件，以及LSTC公司開發(fā)的有限元?jiǎng)恿︼@示求解器960和970。目前，DYNAFORM軟件已在我國長安汽車、南京汽車、上海寶鋼、上海大眾等知名企業(yè)中得到成功應(yīng)用 。DYNAFORM軟件能夠?qū)φ麄€(gè)模具開發(fā)過程進(jìn)行模擬，從而大大減少模具的調(diào)試時(shí)間和降低生產(chǎn)高質(zhì)量覆蓋件和沖壓件的成本，并且能夠有效模擬模具成型過程中4個(gè)主要工藝：壓邊、拉伸、回彈和多工步成型。同時(shí)，還可以較好地預(yù)測(cè)成型過程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕、回彈，評(píng)估板料的成型性能，從而為板料成型工藝及模具提供幫助。
2 應(yīng)用ETA軟件的一般步驟
ETA軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含三大部分：前處理模塊、提交求解器進(jìn)行求解計(jì)算的分析模塊以及后置處理模塊。前置處理模塊主要完成典型沖壓成形CAE分析FEM模型的生成與輸入文件的準(zhǔn)備工作，求解器進(jìn)行相應(yīng)的有限元分析計(jì)算，求解器計(jì)算出的結(jié)果由后處理模塊進(jìn)行處理，協(xié)助專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)及工藝控制研究。
運(yùn)用ETA軟件進(jìn)行板料沖壓成形分析，一般分為五個(gè)步驟：（1）建立CAE分析的幾何模型；（2）進(jìn)行CAE分析的前置處理；（3）進(jìn)行板料沖壓成形模擬和回彈模擬；（4）進(jìn)行CAE分析的后置處理；（5）進(jìn)行模具設(shè)計(jì)及工藝評(píng)估。
3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
板料成形CAE軟件從上個(gè)世紀(jì)80年代初開始應(yīng)用，經(jīng)過20多年的發(fā)展該軟件技術(shù)漸漸趨于成熟，并且商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)形成了專門的分析軟件，并且板料成形CAE軟件在許多工業(yè)部門都得到了廣泛的應(yīng)用與越來越重視軟件的地位。到90年代，在世界涌現(xiàn)出了很多優(yōu)秀的商業(yè)化CAE分析軟件，例如：法國的PAM—STAMP，美國的ETA/Dynaform以及瑞士的Autoform都是其中的優(yōu)秀代表[4]。此時(shí)復(fù)雜的覆蓋件的工藝分析，如起皺，破裂，回彈問題，已經(jīng)成為了板料沖壓仿真應(yīng)用研究的重心。進(jìn)入21世紀(jì)以來，板料成形仿真技術(shù)主要集中在如下幾個(gè)方面的研究：1)不同類型的材料以及各項(xiàng)性能參數(shù)對(duì)成形結(jié)果的影響；2)研究模具結(jié)構(gòu)及其形狀；3)更精確的研究零件的形狀；4)進(jìn)一步提高精度以及仿真的計(jì)算效率；5)本著對(duì)產(chǎn)品成形的更高要求，提出“第二段虛擬沖壓仿真”軟件的概念。
在我國，板料成形沖壓仿真研究起步于上世界80年代末期，起步相對(duì)較晚。首先是有學(xué)者開始對(duì)金屬塑性成形分析進(jìn)行研究；逐漸的取得了一些有價(jià)值的成果，例如北京航空航天大學(xué)的ADINA程序而成的sheetform，以及湖南大學(xué)工程軟件研究所的CADEM，再者就是吉林大學(xué)的胡平領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的KMAS軟件。目前，Dynaform軟件已在我國長安汽車、南京汽車、上海寶鋼、上海大眾等知名企業(yè)中得到成功應(yīng)用。與此同時(shí)，板料成形CAE模擬軟件的相關(guān)參數(shù)的設(shè)置尤為重要，有賴于實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，因此要求操作者要有相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識(shí)、理論水平、模擬技巧以及豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。
3 小結(jié)
在現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，借助有限元分析軟件數(shù)值模擬沖壓過程，可以為設(shè)計(jì)合理的拉深件提供參考，不僅可以獲得理想的拉深件，也節(jié)省了大量的工作時(shí)間，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。
參考文獻(xiàn)
[1] 龔紅英.板料沖壓成形CAE實(shí)用教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社出版社,2010.
[2] 林康,周永新,王麗,等.基于Dynaform軟件模擬分析的級(jí)進(jìn)模工藝切口設(shè)計(jì)[J].輕工機(jī)械,2008,26（6）:48-50.
讀書筆記二
成形參數(shù)對(duì)成形性能的影響
1 壓邊力對(duì)成形性能的影響
壓邊力在板料拉深成形過程中影響很大，合理的壓邊力能夠有效防止板料在拉深過程中的起皺、破裂。為了尋求合適的壓邊力，運(yùn)用固定變量法，保持其他參數(shù)不變，只改變壓邊力，觀察成形極限圖與厚度變化圖得出：壓邊力過小時(shí)，毛坯流入凸模內(nèi)過多，而在毛坯法蘭處產(chǎn)生嚴(yán)重褶皺現(xiàn)象；壓邊力合適時(shí)，法蘭處起皺已經(jīng)得到很大程度上的緩解，側(cè)壁區(qū)非常平滑，成形的質(zhì)量好；壓邊力過大時(shí)，側(cè)壁破裂。
2 凹模圓角半徑對(duì)成形性能的影響
凹模圓角半徑影響板料拉深成形過程中的起皺和破裂，為了尋求合適的凹模圓角半徑，選擇合適的壓邊力，控制其他參數(shù)不變，改變凹模圓角半徑。凹模圓角半徑過小時(shí)，凸模圓角處發(fā)生嚴(yán)重破裂現(xiàn)象， 說明材料不能充分在凹模型腔內(nèi)流動(dòng)； 凹模圓角半徑變大時(shí)，法蘭變形區(qū)沒有等值線，說明法蘭變形區(qū)沿X 向位移趨于零，沒有產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，側(cè)壁區(qū)等值線非常平滑，成形的質(zhì)量較好。
3 凸模圓角半徑對(duì)成形性能的影響
凸模圓角半徑影響板料拉深成形過程中在法蘭處的起皺和破裂，為了尋求合適的凸模圓角半徑，選取合適的壓邊力與凹模圓角半徑，通過改變凸模圓角半徑，觀察其對(duì)成形性能的影響。凸模圓角半徑過小時(shí)，凸模圓角處首先發(fā)生破裂現(xiàn)象，說明凸模圓角處材料的流動(dòng)受到抑制；凸模圓角變大時(shí)，法蘭變形區(qū)沒有等值線，說明法蘭變形區(qū)沿X 向位移趨于零，沒有產(chǎn)生起皺現(xiàn)象，側(cè)壁區(qū)等值線非常平滑，成形的質(zhì)量較好。
4 模具間隙對(duì)成形性能的影響
1） 若模具間隙太小，則成形過程中阻力大，工件減薄嚴(yán)重，甚至拉裂，嚴(yán)重磨損模具，但是得到的零件側(cè)壁精度較高；
2） 若模具間隙太大，則對(duì)板坯較直與擠壓的作用較小，從而導(dǎo)致拉深力下降，提高模具使用時(shí)長，但是工件的側(cè)壁可能會(huì)出現(xiàn)彎曲形狀而使其不直。對(duì)于階梯形件，間隙太大，階梯自由曲面處沒有接觸，擠壓力小，而使尺寸不準(zhǔn)確。
4 小結(jié)
利用Dynaform 對(duì)汽車油箱一次拉深成形過程進(jìn)行有限元分析，比較不同壓邊力、凹模圓角半徑、凸模圓角半徑等因素對(duì)其一次拉深成形的影響，得出以下結(jié)論：
1) 壓邊力在500～700kN 之間時(shí)，工件的成形質(zhì)量較好。壓邊力較小時(shí)易發(fā)生起皺， 過大易發(fā)生破裂。
2) 凹模圓角半徑在4～6mm 時(shí)， 成形件質(zhì)量較好。半徑過小時(shí)，凸模圓角處發(fā)生嚴(yán)重破裂，說明材料不能充分在凹模型腔內(nèi)流動(dòng)。
3) 凸模圓角半徑在4～6mm 時(shí)， 法蘭變形區(qū)沒有等值線， 說明法蘭變形區(qū)沿X 向位移趨于零，沒有產(chǎn)生起皺現(xiàn)象；側(cè)壁區(qū)等值線非常平滑，成形的質(zhì)量較好。
參考文獻(xiàn)
[1] 陸廣華,秦俊,丁益,張躍,錢新星.汽車油箱沖壓成形有限元分析與研究[J].金屬鑄鍛焊技術(shù),2012,41(23):94-96.
讀書筆記三
基于Dynaform拉深模具改進(jìn)
1 曲面拉深件存在的問題
曲面拉伸件的拉深不同于圓筒件的地方在于, 曲面類零件拉伸存在懸空區(qū)（即位于凸模頂端外沿到凹?？谥g的坯料部分），這部分的坯料不直接受模具力的作用，即要變形, 又要傳遞拉力, 故易產(chǎn)生內(nèi)皺。消除內(nèi)皺的方法有:①增大此區(qū)的拉應(yīng)力；②選用特殊壓邊圈壓住起皺部位。增大拉應(yīng)力的措施如加大壓邊力等能消除內(nèi)皺, 但過大拉應(yīng)力會(huì)造成材料破裂。本文采用第2種方法來解決工程問題。DYNAFORM是美國公司開發(fā)的專門用于板料成形模擬的專用軟件包。它集成了LY-DYNA的強(qiáng)大分析能力和自身強(qiáng)大的流線型前后處理能力, 可以方便地求解各類板料成形問題。如預(yù)測(cè)成形過中板料的破裂,起皺和回彈等。
2 水壺模具結(jié)構(gòu)與改進(jìn)方法
不銹鋼水壺壁厚為0.8 mm。拉伸深度較深, 側(cè)壁為圓弧曲線, 并有一個(gè)階梯, 頂部是斜面。如圖一所示
圖1 成形極限圖
改進(jìn)前拉伸方法：凸模結(jié)構(gòu)如圖2所示，壓邊圈為普通帶拉伸筋平面壓邊圈，結(jié)構(gòu)略。
圖2 2次沖壓凸模
在生產(chǎn)中存在問題, 沖壓出的產(chǎn)品下側(cè)有一圈皺痕,見圖3
圖3 水壺沖壓件存在的問題
通過dynaform軟件進(jìn)行拉深模擬，兩次成型極限圖如圖4所示。分析可以看出, 沖壓成品臺(tái)階曲面2(見圖3)處有一道起皺帶, 并且成品表面有斑點(diǎn)。分析成形過程可知, 第1次成形會(huì)形成不明顯的內(nèi)皺, 第2次沖壓時(shí)這些部位會(huì)形成第2個(gè)臺(tái)階面, 就會(huì)形成斑點(diǎn)。
圖4 兩次沖壓成形極限圖
改進(jìn)的方案是先拉出外面大的臺(tái)階曲面2，然后第2次沖壓時(shí)用壓邊圈壓住臺(tái)階曲面2，拉成臺(tái)階曲第1次拉伸凸模頂部的圓角面和制品的臺(tái)階曲面2（見圖2）相同。第1次沖壓壓邊圈為普通的平面壓邊圈，結(jié)構(gòu)略。第2次沖壓凹模和壓邊圈形狀如圖5。第1次，第2次沖壓的成形極限圖如圖6和圖7。對(duì)比可以看出，改進(jìn)的結(jié)構(gòu)方案沒有產(chǎn)生內(nèi)皺，實(shí)用效果較好。
圖5 第2次沖壓的凹模和壓邊圈
圖6 第1次沖壓的成形極限圖 圖7 第2次沖壓的成形極限圖
3 小結(jié)
沖壓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多種多樣, 設(shè)計(jì)沖壓模時(shí), 要在遵循基本原理的基礎(chǔ)上靈活的變化。在實(shí)際的生產(chǎn)過程可以預(yù)先對(duì)產(chǎn)品采用CAE數(shù)值模擬分析軟件對(duì)生產(chǎn)成型工藝和成型方案進(jìn)行模擬, 可以減少試模次數(shù), 并使得產(chǎn)品的質(zhì)量有較大的提高。
參考文獻(xiàn)
[1] 方明磊,李明哲,劉紅.基于Dynaform軟件的水壺拉深模具改進(jìn)[J].輕工機(jī)械,2010,28（1）:81-83.
讀書筆記四
階梯型件與錐形件的拉深
1 階梯型件的拉深
階梯型件的拉深過程與圓筒形件的基本相同，可以認(rèn)為每一階梯相當(dāng)于相應(yīng)圓筒型件的拉深，變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)也與圓筒形件的相似。
階梯型圓筒件能夠一次拉深成功的條件是：拉深件的總高度與其最小階梯筒部直徑之比不超過相應(yīng)帶凸緣圓筒形件首次拉深的允許相對(duì)高度。
不滿足一次拉深成型，則有以下幾種拉伸方法：
1）當(dāng)相鄰階梯的直徑比均大于相應(yīng)圓筒形件的極限拉深系數(shù)時(shí)，拉伸方法為：從最大直徑的階梯逐一拉伸到最小直徑的階梯，每次拉伸成一個(gè)階梯，階梯數(shù)即為拉深次數(shù)。
2）當(dāng)相鄰階梯直徑比均小于相應(yīng)圓筒形件的極限拉深系數(shù)時(shí)，也可以采用帶凸緣圓筒形件的拉伸方法：先拉小直徑，在拉大直徑，即先進(jìn)形小階梯拉深在進(jìn)行大階梯拉深。
3）當(dāng)相鄰直徑比過小，最小直徑階梯高度又不大時(shí)，最小階梯可采用脹形獲得。
4）當(dāng)階梯較淺，且每個(gè)階梯的高度又不大，但相鄰階梯直徑相差又較大而不能一次拉出時(shí)，可先拉深成圓形或帶有大圓角的筒形，最后通過整形得到所需工件。
2 階梯型件拉深規(guī)則
1）先拉深內(nèi)部形狀，然后在拉伸外部形狀；
2）先將零件拉成初步形狀，其直的及斜的壁部連以較大的圓角半徑。零件的最后形狀（角部，凸出部分等）應(yīng)在最后工序中才壓出來；
3）對(duì)寬凸緣的階梯型零件，先拉出外部形狀及內(nèi)部過渡（大圓弧過渡）形狀，并使過渡部分與階梯部分的面積相等，然后，再次拉伸時(shí)，拉出階梯形狀。
3 錐形件的拉深
錐形件的拉深次數(shù)及拉伸方法取決于錐形件的幾何參數(shù)，即相對(duì)高度、錐角和相對(duì)厚度。當(dāng)相對(duì)高度較大，錐角較大，而相對(duì)厚度較小時(shí)，由于變形較困難，通常需進(jìn)行多次拉深。
淺錐形件的拉伸方法，一般可以一次拉深成型，但因相對(duì)厚度或相對(duì)錐頂直徑較小，拉伸回彈較嚴(yán)重，精度不高。故通常采用帶拉伸筋的凹?；驂哼吶?，或采用軟膜拉深。
4 小結(jié)
當(dāng)拉深帶帶錐形的階梯型圓筒件時(shí)，要根據(jù)階梯型件和錐形件的拉伸方法結(jié)合設(shè)計(jì)合理的拉深工序。
錐形件的拉深次數(shù)及拉伸方法取決于錐形件的幾何參數(shù)，即相對(duì)高度、錐角和相對(duì)厚度。當(dāng)相對(duì)高度較大，錐角較大，而相對(duì)厚度較小時(shí)，由于變形較困難，通常需進(jìn)行多次拉深。
淺錐形件的拉伸方法，一般可以一次拉深成型，但因相對(duì)厚度或相對(duì)錐頂直徑較小，拉伸回彈較嚴(yán)重，精度不高。故通常采用帶拉伸筋的凹?；驂哼吶?，或采用軟膜拉深。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊連發(fā),毛獻(xiàn)昌,馮翠云.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2014.
讀書筆記五
多次拉深成形數(shù)值模擬關(guān)鍵問題處理
1 多次拉深存在的問題
多次拉深成形的機(jī)理非常復(fù)雜，在多次拉深成形中，后續(xù)工序的坯料已經(jīng)歷過一次或多次變形，材料在幾何形狀，力學(xué)性能和厚度均勻性上都發(fā)生了一定的變化，這給研究多次拉深成形帶來了一定的困難。傳統(tǒng)的研究只能通過實(shí)驗(yàn)和物理模擬定性而不能定量的分析多次拉深成形過程。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元方法的發(fā)展，仿真技術(shù)在板料成形方面獲得了很大的發(fā)展。計(jì)算機(jī)仿真能夠反映模具與板料之間的相互作用以及板料實(shí)際變形的全過程，對(duì)于推動(dòng)生產(chǎn)的快速化和設(shè)計(jì)的智能化起到越來越重要的作用。雖然計(jì)算機(jī)仿真在模擬單工步成形方面獲得了很大的成功，但對(duì)于多次拉深，尤其是超薄板料的多次拉深成形，由于材料厚度和零件大小的限制，在數(shù)值模擬方面存在很多問題，以目前研究的鋼筆外殼拉深為例，該零件的特點(diǎn)是：材料?。?.41 mm）、拉深次數(shù)多（需要6 次拉深成形）、零件小。在數(shù)值模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模擬完第2 道工序后，零件網(wǎng)格出現(xiàn)嚴(yán)重翹曲，在第3 道工步模擬時(shí)程序自動(dòng)退出。
2 多次拉深模擬中存在的問題及處理方法
2.1 網(wǎng)格翹曲問題
單元網(wǎng)格在經(jīng)過多次變形后，由于零件本身變大，網(wǎng)格隨之變，在彎曲部分會(huì)明顯看出網(wǎng)格過于稀少，同時(shí)由于網(wǎng)格受力變形，將會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)格嚴(yán)重翹曲現(xiàn)象。網(wǎng)格形狀發(fā)生了翹曲變形，將為后續(xù)變形帶來缺陷，進(jìn)而造成計(jì)算終止。
由于網(wǎng)格翹曲是由零件變形導(dǎo)致的，如果在變形過程中采用自適應(yīng)劃分技術(shù)，使 使變形大的地方加密網(wǎng)格，這樣平均到每個(gè)單元上的變形就會(huì)減少，避免網(wǎng)格奇變。網(wǎng)格自適應(yīng)劃分受多種參數(shù)的影響，如單元最小尺寸、相鄰單元夾角大小、板料厚度等因素。當(dāng)網(wǎng)格自適應(yīng)參數(shù)設(shè)置的最小單元尺寸小于或等于模型中單元的最小尺時(shí)，單元將會(huì)自動(dòng)重新劃分；在設(shè)置了相鄰單元角度變化參數(shù)的情況下，當(dāng)模型板料厚度小于重劃分參數(shù)設(shè)置的最小厚度后，單元將重新劃分。只有各參數(shù)都滿足要求時(shí)，自適應(yīng)重劃分才能進(jìn)行。
2.2 質(zhì)量縮放
對(duì)于多次拉深的零件，由于采用了自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，網(wǎng)格越來越小，穩(wěn)定時(shí)間步長也隨之減小。這樣隨著工步的進(jìn)行由于時(shí)間步長太短而導(dǎo)致計(jì)算中途退出， 造成模擬失敗，要使模擬繼續(xù)進(jìn)行，必須提高計(jì)算時(shí)間步長。采用質(zhì)量縮放雖可以提高計(jì)算時(shí)間步長， 但質(zhì)量縮放因子取的太小達(dá)不到提高計(jì)算速度的效果，取的太大則會(huì)隨著質(zhì)量的增大而產(chǎn)生虛擬慣性力影響到計(jì)算結(jié)果的可靠性。隨著拉深工步的進(jìn)行, 單元的最小尺寸由于自適應(yīng)縮放因子必須進(jìn)行劃分而減小，如果質(zhì)量縮放因子一直不變，將會(huì)造成大的虛擬慣性力而影響計(jì)算，降低質(zhì)量，所以每經(jīng)過一次重劃分計(jì)算，必須調(diào)整一次質(zhì)量縮放參數(shù)，降低虛擬慣性力，質(zhì)量縮放參數(shù)大小的設(shè)定以變形材料動(dòng)能不超過內(nèi)能的5 %～ 10 %為依據(jù)。
3 小結(jié)
為使超薄板料多次拉深的數(shù)值模擬順利進(jìn)行,需要注意以下問題：(1)自適應(yīng)劃分最小單元尺寸必須每工步及時(shí)調(diào)整, 小于單元最小尺寸；在設(shè)置相鄰單元角度變化的情況下, 自適應(yīng)劃分厚度參數(shù)也要每工步及時(shí)調(diào)整, 小于變形體的最小厚度；(2)為避免質(zhì)量縮放過大造成計(jì)算退出，隨著單元再劃分的進(jìn)行, 每工步都必須縮小質(zhì)量縮放因子。
參考文獻(xiàn)
[1] 許蘭貴,王自勇,阮峰.超薄板料多次拉深成形數(shù)值模擬關(guān)鍵問題處理[J].鍛壓技術(shù),2009,34（5）:31-36.
讀書筆記六
板料成形數(shù)值模擬基本理論和相關(guān)技術(shù)
1 Dynaform仿真模擬優(yōu)點(diǎn)
利用有限元仿真技術(shù)可以對(duì)成型過程中的模擬有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
l)通過對(duì)工件的可成形工藝性分析，做出工件是否可制造的早期判斷；通過對(duì)模具方案和沖壓方案的模擬分析，及時(shí)調(diào)整修改模具結(jié)構(gòu)，減少實(shí)際試模次數(shù)，縮短開發(fā)周期。
2)通過缺陷預(yù)測(cè)來制定缺陷預(yù)防措施，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)，增強(qiáng)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及沖壓方案的可靠性，從而減少生產(chǎn)成本。
3)通過模擬分析可以擇優(yōu)選擇材料，可制造復(fù)雜的零件，并對(duì)各種成形參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
4)通過模擬分析應(yīng)用不僅可以彌補(bǔ)工藝人員在經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用工藝資料方面的不足，還可通過虛擬的沖壓模擬，提高提高工藝人員的經(jīng)驗(yàn)。
2 網(wǎng)格劃分和修補(bǔ)
在板料沖壓成形分析中，網(wǎng)格的劃分可以分為工具和毛坯的網(wǎng)格劃分，由于各自的作用不同，在處理方一法上也不相同。凸模、凹模及壓邊圈在沖壓過程中的變形量很小，可以作為剛體處理。在設(shè)置分析模型時(shí)，一旦將這些部件定為剛體，則他們就具備了剛體的一切特性，由于剛體是理想的不變形體，在輸入?yún)?shù)時(shí)雖然要求輸入剛體的材料參數(shù)，但這些參數(shù)并不用于材料的變形計(jì)算。在顯示算法中，為了反映剛體的不變形特性，計(jì)算過程中，凡是材料為剛體材料的單元，不論單元形狀如何，無論單元數(shù)員多少，也不管輸入了什么材料參數(shù)，這此單元都不參與應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，也不保存他們的時(shí)間歷史信息。對(duì)于毛坯來說，它是各向異性的彈塑性材料，既考慮了材料的厚向異性對(duì)屈服面的影響，又考慮了板料平面內(nèi)的各向異性對(duì)屈服面的影響，將發(fā)生較大的變形，處于復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，因此對(duì)于板料的單元網(wǎng)格劃分往往要求的要高一些，可以先輸入一些參數(shù)來查看模擬的情況，然后再調(diào)整參數(shù)至較適當(dāng)?shù)臄?shù)值。模型網(wǎng)格的密度以曲面的曲率為準(zhǔn)則，曲面曲率高時(shí)，網(wǎng)格尺寸細(xì)密，網(wǎng)格能較好地模擬零件的幾何形狀。因此，模型圓角部分的網(wǎng)格會(huì)自動(dòng)劃分的比較細(xì)密。模具作為剛體處理，模具網(wǎng)格不參與臨界時(shí)間步長的確定，因此再細(xì)密的網(wǎng)格、再小的模具單元尺寸，只是稍微增加一些接觸搜索時(shí)間，對(duì)計(jì)算耗時(shí)影響較少。細(xì)密的模具網(wǎng)格更容易與板料網(wǎng)格相適應(yīng)，有利于獲得接觸面上理想分布的接觸力。DYNAFORM的網(wǎng)格自動(dòng)劃分功能雖然很強(qiáng)大，但還是不能完全符合LS一DYNA求解器的要求。在DYNAFORM中提供了多個(gè)功能來檢查網(wǎng)格的質(zhì)量和修補(bǔ)網(wǎng)格。網(wǎng)格質(zhì)量的檢查涉及的內(nèi)容有邊界線、法向、網(wǎng)格單元翹曲、單元最長邊與最短邊的比值、單元尺寸檢查、單元最小最大角度和單元特征長度等檢查。網(wǎng)格單元的修補(bǔ)功能有創(chuàng)建單元、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、合并緊臨節(jié)點(diǎn)和間隙修補(bǔ)等。在多工步的沖壓模擬方面的研究工作還不是很多，尤其在兩步以上的就更加少，這也是板料成形有限元數(shù)值模擬領(lǐng)域的一項(xiàng)新興分支。所以總起來說，如果工序不是很多（在2-3個(gè)左右）的情況下，導(dǎo)入上一工步的dynaln文件來作為下一工步的毛坯是比較合理的，這樣可以更加真實(shí)地體現(xiàn)材料的塑性流動(dòng)情況，可以比較詳細(xì)的掌握點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。但是如果工步太多，毛坯網(wǎng)格在反復(fù)的擠壓下，發(fā)生畸變，可使得畸變網(wǎng)格附近的應(yīng)力增加，使得計(jì)算結(jié)果失真，此時(shí)應(yīng)該在每一工步中根據(jù)上一工步得出的幾何模型重新建模，并劃分網(wǎng)格進(jìn)行模擬計(jì)算。
3 拉深變形過程
通過試驗(yàn)研究,可把圓形平板材料拉深成筒形零件的拉延過程如下:由于毛坯金屬內(nèi)部的相互作用,金屬板坯內(nèi)各個(gè)小單元體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,即在徑同產(chǎn)生拉伸應(yīng)力,而在切向產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。在這兩種應(yīng)力的共同作用下拉伸件外部凸緣區(qū)的材料發(fā)生塑性變形而不斷地拉入凹模內(nèi),成為圓筒形零件。
拉深過程中毛坯應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)
1)凹?？谕咕壊糠?。這部分材料在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的共同作用下,材料發(fā)生塑性變形而逐漸進(jìn)入凹模。在材料的厚度方向,如果有壓邊圈的作用,則產(chǎn)生壓應(yīng)力。但是,由于徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力遠(yuǎn)比此壓應(yīng)力大,使得材料的流動(dòng)轉(zhuǎn)移主要是向著徑向延展,同時(shí)也向毛坯厚度方向加厚。如果不用壓邊圈,不產(chǎn)生厚度方向壓應(yīng)力,此時(shí)厚度方向的應(yīng)變?cè)龃?。在這種情況廠,如果板料較薄材料流動(dòng)較大,則在毛坯凸緣部分,特別是在外緣部分,在切向壓應(yīng)力作用下會(huì)使材料失穩(wěn)起拱,稱為“起皺現(xiàn)象”。
2)凹模圓角部分。這部分材料除了匕述區(qū)域那樣為徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力以外,還承受凹模圓角處的壓力、摩擦力、和彎曲作用產(chǎn)生的壓應(yīng)力,因此這部分是一個(gè)過渡區(qū)。
3)筒壁部分。這部分材料已經(jīng)成為筒形,材料不會(huì)有大的變形。但在繼續(xù)拉深時(shí),這部分筒壁起到了傳遞拉深力的作用,產(chǎn)生少量伸長和減薄。
4)凸模圓角部分。這部分材料承受若凸模圓角區(qū)作用的徑向和切向拉應(yīng)力,還承受著凸模圓角的壓力和彎曲作用在厚度方向上的壓應(yīng)力。
5)筒底部分。此處材料在拉深過程中保持平坦,不產(chǎn)生大的變形,只是由于凸模拉深力的作用,材料承受雙向拉應(yīng)力而略微變薄。
4 拉深過程中的破裂和起皺的預(yù)防措施
在拉深過程中,拉深件的質(zhì)量問題突出的表現(xiàn)在破裂和起皺兩方面。據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì),由于起皺和破裂而造成的廢品約占整個(gè)拉深廢品總數(shù)的80%以上。因此,對(duì)破裂和起皺現(xiàn)象進(jìn)行研究并提出克服這些現(xiàn)象的措施,其意義十分重大。
防止拉裂的主要措施。為防止材料過度變薄和拉破,主要采取以下措施：
①合理的確定拉深系數(shù)m(m的定義:每次拉深后圓筒形工件直徑與拉深前毛坯直徑之比),m越小變形越大,減少拉深次數(shù)和縮小拉深系數(shù)必須綜合考慮。
②改變拉深過程中材料的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。在每次工序后安排中間退火。以便消除上道工序拉深時(shí)留下的殘余應(yīng)力及硬化現(xiàn)象。
③材料與凸、凹模及壓邊圈之間要加潤滑劑,以減小摩擦系數(shù)。
防止起皺的主要措施。從力學(xué)角度出發(fā),為防止起皺,可以采取下述幾個(gè)主要措施：
①采用壓邊圈。在拉深模上一般都置有防皺壓邊圈,壓邊圈施加的壓力必須恰當(dāng),過大會(huì)增加毛坯與凹模間的摩擦,易使工件破裂;過小則會(huì)使拉深件發(fā)生失穩(wěn)而不起作用。所以在拉深過程中最好對(duì)壓邊力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
②增大徑向拉應(yīng)力。主要方法包括:
a.設(shè)置拉深筋。對(duì)于一些復(fù)雜曲面件,特別是對(duì)于凸緣較小的工件,在其徑向拉應(yīng)力較小位置處添加拉深筋,對(duì)凸緣的防皺能起到良好效果。
b.采用反拉深?？梢栽黾臃磸?fù)彎曲和摩擦作用,從而加大徑向拉應(yīng)力,能預(yù)防起皺現(xiàn)象。
c.采用軟模拉深。對(duì)于大型曲面拉深件,為了防皺還可以采用軟模拉深列入橡皮拉深、高速拉深等。板料成形過程的物理描述是:在模具各部件(通常是凹模、凸模和壓料板)的共同作用下,板料發(fā)生大變形,板料成形的變形能來自強(qiáng)迫模具部件運(yùn)動(dòng)的外功,而能量的傳遞完全靠模具與板料的接觸和摩擦。由此可見,對(duì)于成形過程的模擬軟件的接觸算法的理淪和精度往往決定程序的可靠性,除此之外,山于板料的變形和位移很大,用來模擬板料的單元類型應(yīng)滿足這一要求。將沖壓過程的物理模型轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型,即動(dòng)量方程、邊界條件、初始條件。可描述為:在給定的模具位移條件下,求得板料的位移函數(shù),并在任意時(shí)刻同時(shí)滿足動(dòng)量方程、邊界條件和初始條件。這已經(jīng)是一般性的力學(xué)問題,可采用有限元的方法求解。
5 成形極限圖(FLD)
成形極限圖表示板材在不同的應(yīng)力狀態(tài)下的變形極限。它用來表示金屬薄板在變形過程中,在板平面內(nèi)的兩個(gè)主應(yīng)變的聯(lián)合作用下,某一區(qū)域發(fā)生減薄時(shí),可以獲得的最大應(yīng)變量。板平面內(nèi)的任意兩個(gè)主應(yīng)變的組合,只要落在成形極限圖中的成形極限曲線之上,薄板變形時(shí)就會(huì)發(fā)生破裂,反之則是安全的。每一種材料都有一種成形曲線,一般由試驗(yàn)獲得。經(jīng)過多年的研究,在大量的試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)之下,人們總結(jié)了這樣一個(gè)規(guī)律:對(duì)于各種種低碳鋼,除非其力學(xué)性能有異常變化,臺(tái)則它們的成形極限曲線FLc形狀基本上是一樣的,只足整個(gè)曲線高低有所不同而己,曲線形狀不受潤滑、工件相對(duì)紋路取向的影響。
參考文獻(xiàn)
[1] 樊梅娜.嘖霧罐頂蓋蓋多工步板料成形數(shù)值模擬研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2007.
讀書筆記七
st 鋼板力學(xué)性能及其對(duì)成形性影響的有限元分析
1 拉伸試驗(yàn)及分析
st冷軋鋼板因具有優(yōu)異的成形性能，被廣泛應(yīng)用于汽車門外板和發(fā)動(dòng)機(jī)罩等覆蓋件的成形加工。隨著對(duì)車身零件尺寸、形狀精度及成形工藝要求的不斷提高，對(duì)板材的力學(xué)性能及其對(duì)成形條件的適應(yīng)性也提出了更高的要求。因此，需要通過試驗(yàn)有效地提取各種車用板的成形性能，材料成分見表1。
為了分析比較3種同樣厚度st板的力學(xué)性能，測(cè)試并計(jì)算了每種材料成0°、45°和90°三個(gè)方向的均勻伸長率Ag、厚向異性系數(shù)r 和硬化指數(shù)n ，分別示于圖3 中。由圖3a 可以看出，均勻伸長率A g 基本都在30%左右，3種板料均顯示出45°方向的A g最小，即在此方向不易做過大伸長變形。st13含C量較高，A g值最小；st16含C量少，Ag分布的方向性相對(duì)弱，塑性略好于前者；st14含N量較高，容易與鋼中Al、Ti等形成AlN、TiN等高熔點(diǎn)的細(xì)小顆粒，均勻彌散分布的AlN、TiN 等能細(xì)化晶粒，使其塑性提高，均勻伸長能力最強(qiáng)。根據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除st16外，另外2種材料45°方向的r 值均比0°和90°方向小，表明在與45°相垂直方向的收縮能力較差，因此不宜將與軋制方向成45°的方向置于產(chǎn)生較大伸長變形的方向；而st16 則相反，與45°垂直方向的收縮能力相對(duì)較強(qiáng)。st13的-r 值最小，變形過程中板厚變薄突出，容易發(fā)生失穩(wěn)。而st14和st16板-r ＞2.2，具有較強(qiáng)的板厚變薄抵抗力，且在同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下變形抵抗力大，拉深時(shí)危險(xiǎn)斷面的強(qiáng)度相對(duì)較高。st16 板的n 值最高，且對(duì)變形織構(gòu)和軋制等造成的各向異性不敏感，分析認(rèn)為，與其所含Ti 元素可細(xì)化晶粒并提高致密度有關(guān)，因而可作為深拉深級(jí)板料；st13 變形過程中容易發(fā)生板厚減薄而導(dǎo)致破裂，只適用于淺拉深或普通沖壓工藝。
2 成形極限的有限元分析
盡管成形極限曲線因無法引入復(fù)雜加載路徑及失穩(wěn)準(zhǔn)則的不唯一性等存在一 定不足和缺陷，但對(duì)于板成形生產(chǎn)仍具有較好的指導(dǎo)性。利用有限元軟件Dynaform 模擬了3 種st 板料分別沿0°、45°和90°方向拱頂高試驗(yàn)的成形極限，將寬度尺寸依次增加的8個(gè)試樣編號(hào)為1～8號(hào)，圖2所示跟蹤1號(hào)、5號(hào)和8號(hào)試樣破裂點(diǎn)的應(yīng)變路徑。st14 的r 值較大，變形中期的破裂點(diǎn)大部分位于ε1=-2ε2 單拉線下方，板面內(nèi)兩向主應(yīng)變近似符合上式關(guān)系，板厚減薄變形小，具有較好的縱向伸長和橫向收縮特性。st13破裂點(diǎn)全部位于ε1=-2ε2線上方，受變形方式影響|εt|＞|ε2|，表現(xiàn)出與單軸拉伸不同的應(yīng)變關(guān)系，由于與軋制成45°方向的r值最小，破裂點(diǎn)變形極限最低，因而不宜在該方向上施加伸長變形。由有限元建模時(shí)賦值軋制方向（0°)厚向異性系數(shù)r0的圖4a看出，盡管st13和st16的r0值非常接近，但破裂點(diǎn)應(yīng)變路徑卻明顯不同，而r0值較高的st14的破裂點(diǎn)應(yīng)變路徑卻介于二者之間。分析認(rèn)為，這與板面各向異性和球頭與板坯表面摩擦的綜合影響，以及板料的Ag和n 值等在各方向之間存在較大差異有關(guān)。在賦值r45和r90的圖4b和圖4c中，3種板料的破裂點(diǎn)應(yīng)變路徑基本一致。其中，st16雙拉應(yīng)變能力明顯低于其它2種板料。另外，3種板料變形后期破裂點(diǎn)應(yīng)變均顯示出不同程度ε2=const的平面變形趨勢(shì)，即板面內(nèi)某一方向停止了變形，這將導(dǎo)致成形后期板厚變薄加劇，使脹形極限降低。
圖2 斷裂點(diǎn)應(yīng)變路徑的部分有限元模擬結(jié)果
3 小結(jié)
st13適用于淺拉深或普通沖壓成形；st14，具有較強(qiáng)的均勻伸長變形能力，st16均勻變形能力因n 值較大而提高，且對(duì)變形織構(gòu)和軋制等造成的各向異性不敏感，可作為深拉深級(jí)板料。
參考文獻(xiàn)
[1] 易寧,鄂大辛,李悅,王立石.汽車用3 種st 鋼板力學(xué)性能及其對(duì)成形性影響的有限元分析[J].汽車工藝與材,2014,4:8-11.
讀書筆記八
熱沖壓
1 熱沖壓成型原理
將含硼板料加熱到900 ℃以上并保溫一段時(shí)間，使板料奧氏體化，然后快速移動(dòng)到模具內(nèi)進(jìn)行成形、冷卻，得到馬氏體組織，從而提高制件的強(qiáng)度(1 500 MPa)。
2 板料溫度控制
熱沖壓成形后的制件強(qiáng)度取決于馬氏體的形狀及其含量，根據(jù)金屬相變?cè)恚诩訜犭A段要保證材料組織形成全部均勻奧氏體化，必須根據(jù)不同材料的材質(zhì)、料厚及料片形狀精確分析加熱溫度及保溫時(shí)間。板料溫度控制流程為:常溫板料→快速升溫→保溫階段→板料出爐。板料出爐后熱量會(huì)逐漸散失，根據(jù)鐵碳合金相圖分析，當(dāng)板料溫度自然降低到AC3 溫度（850 ℃）以下后會(huì)形成珠光體，造成馬氏體轉(zhuǎn)化受到影響，無法得到高強(qiáng)度制件。因此要求板料從出爐到成形在最短時(shí)間（5 ～ 6 s），其中移動(dòng)2 s，成形（2 ～ 3 s）內(nèi)完成。
3 模具設(shè)計(jì)制造
1)模具材料選擇
熱成形是集板料沖壓成形與淬火作用于一身的成形工藝，所以熱沖壓模具材料要具備良好的導(dǎo)熱性、抗回火性、延展性/韌性、熱屈服、熱膨脹等性能。良好的導(dǎo)熱性，確保了鋼板與模具表面之間的快速傳熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速的冷卻功能。良好的抗回火性、延展性/韌性、熱屈服、熱膨脹，確保在成形高溫板料時(shí)，模具尺寸精度穩(wěn)定，既能抵抗堅(jiān)硬氧化皮及強(qiáng)烈熱摩擦帶來的磨損，又能保證模具能夠在劇烈的冷熱交變作用下仍具有較長的使用壽命。在選擇模具材料時(shí)，一般要根據(jù)具體工作情況，參照熱鍛用熱作模具鋼進(jìn)行選擇。國外一些熱沖壓模具材料中都有較高含量的Ni 和Cr?，F(xiàn)熱成形模具一般采用熱作模具鋼，例如:Alvar14 /Dievar、QＲO－90 等材料?，F(xiàn)各個(gè)國家使用的模具鋼牌號(hào)是不同的，SKD61 是一種日本牌號(hào)的熱作模具鋼，對(duì)應(yīng)我國的牌號(hào)(GB /T 1299－2000)是4Cr5MoSiV1，是應(yīng)用最廣的熱作模具鋼，除此之外還有德國牌號(hào)1． 2344，瑞典的HOTVAＲ、DIEVAＲ 等。
2)凸凹模設(shè)計(jì)
此模具的凸凹模與冷沖壓的不同，其關(guān)鍵尺寸的設(shè)計(jì)主要從以下三點(diǎn)進(jìn)行考慮：①考慮熱脹冷縮的影響，熱沖壓件成形時(shí)尺寸與零件最終尺寸存在一定的誤差，所以為保證零件尺寸精度，在模具初始設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮熱脹冷縮效應(yīng)。②熱沖壓工藝中回彈很小，幾乎無須考慮回彈對(duì)零件形狀的影響。③考慮模具間隙的影響。熱成形模具凸凹模在結(jié)合成形過程中還要考慮模具間隙。板料與模具表面貼合性越高，結(jié)合壓力越大，冷卻效果就越好，如果存在間隙，就會(huì)造成局部冷卻效果達(dá)不到要求，形成軟點(diǎn)，進(jìn)而影響制件的最終強(qiáng)度。
4 熱沖壓成形材料
熱成形沖壓板材主要分為鍍層與無鍍層板材。鍍層板材多為鋁硅鍍層板(Alsi80、Usibor1500P)，相比無鍍層板材，其優(yōu)勢(shì)為：加熱爐在生產(chǎn)過程中無需保護(hù)氣體;熱沖壓件在加熱、沖壓過程中無氧化皮產(chǎn)生，無需噴丸處理，對(duì)模具無影響;零件在儲(chǔ)存過程不生銹，耐腐蝕性能好。但其也存在以下不足：板材為專利產(chǎn)品，只可從國外采購，成本較高；當(dāng)板料加熱到一定溫度時(shí)，鍍層易和加熱爐陶瓷輥粘結(jié)，需定期更換陶瓷輥，年維護(hù)成本約70 萬元。常用的無鍍層板材，其材質(zhì)為22MnB5，相比鍍層板材，其優(yōu)勢(shì)為:板料價(jià)格便宜，寶鋼即可生產(chǎn)(B1500HS)，焊接性能好，但在加熱過程中加熱爐需氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，以防止板料氧化；加熱、沖壓過程中有氧化皮，氧化皮會(huì)損害模具，且制件需在后序進(jìn)行噴丸處理，需建噴丸線去除氧化皮;零件儲(chǔ)存過程易生銹，零件耐腐蝕性能稍差。
5 熱沖壓與傳統(tǒng)冷沖壓工藝的對(duì)比優(yōu)勢(shì)
熱沖壓成形后零件強(qiáng)度等性能指標(biāo)大幅度提高。材料通過加工變形和快冷，晶粒得到了細(xì)化，力學(xué)性能得到了提高；高溫下材料塑性好，成形能力強(qiáng)，可成形冷沖壓無法成形的復(fù)雜零件，也可將冷沖壓需要的多道工序、多套模具成形的零件一次成形，還可將幾個(gè)冷沖壓件合成一個(gè)件一次成形(比如，運(yùn)用熱沖壓工藝可以把5 個(gè)件整合成3 個(gè)件，減少零件數(shù)量40%)，因此需要模具數(shù)量少，成本低，周期短。高溫下成形沒有回彈，完全消除了回彈對(duì)零件形狀的影響，實(shí)現(xiàn)高精度成形，這是常規(guī)冷沖壓成形所無法比擬的。高溫下材料變形阻力小，成形力小，所需壓力機(jī)噸位小，溫?zé)岢尚螇簷C(jī)噸位一般在800 t以內(nèi)，冷成形壓機(jī)在2 500 t 以上，因此可以大幅削減設(shè)備投資，減少能耗。
6 小結(jié)
熱沖壓模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是模具材料選擇、凸凹模設(shè)計(jì)、冷卻水道設(shè)計(jì)及輔助軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)。
參考文獻(xiàn)
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讀書筆記九
超薄壁帶淺錐面階梯深圓筒件的拉深
1 淺錐面拉伸方法
零件淺錐面厚度過薄且自由表面區(qū)面積大， 不能直接簡單地套用拉深系數(shù)來確定其拉深工藝。這里對(duì)淺錐面拉深采用平均截面法， 即成形帶淺錐面階梯圓筒時(shí)，淺錐面的拉深成形直徑采用錐面大端直徑與小端直徑的平均值， 而不是小端直徑。平均截面法提供了一種配合多次拉深極限拉深系數(shù)理論將變截面近似成一般階梯圓筒截面的方法。
2 點(diǎn)煙器外殼拉深工序
第四道工序拉深過程工件變形程度很小，可視為整形，拉伸工序圖見圖一。
圖1 拉深工序
3 模擬結(jié)果分析
工件厚度應(yīng)變和成形極限圖是反映拉深成形性能的兩個(gè)主要依據(jù)。第3 次拉深過程的成形極限圖如圖2 所示。由圖可以看出，零件拉深過程沒有產(chǎn)生破裂，法蘭部分有較為嚴(yán)重的起皺，淺錐面部分成形情況良好。從零件厚度分布云圖(圖4)可以看出，零件直筒壁和法蘭部分厚度基本沒有發(fā)生變化，筒底部分厚度有輕微變薄， 而淺錐面部分厚度沿z 軸正方向增大，最大厚度0.363mm，產(chǎn)生于淺錐面小端直徑處，零件凸模圓角處厚度變薄較明顯，最薄厚度為0.305mm。
圖2 成形極限圖
4 小結(jié)
通過對(duì)該超薄壁帶淺錐面階梯深圓筒形汽車點(diǎn)煙器外殼拉深過程的數(shù)值模擬和分析， 在一定程度上驗(yàn)證了淺錐面拉深平均截面法結(jié)合多道次拉深系數(shù)理論的正確性。
零件淺錐面厚度過薄且自由表面區(qū)面積大， 不能直接簡單地套用拉深系數(shù)來確定其拉深工藝。這里對(duì)淺錐面拉深采用平均截面法， 即成形帶淺錐面階梯圓筒時(shí)，淺錐面的拉深成形直徑采用錐面大端直徑與小端直徑的平均值， 而不是小端直徑。平均截面法提供了一種配合多次拉深極限拉深系數(shù)理論將變截面近似成一般階梯圓筒截面的方法。
參考文獻(xiàn)
[1] 熊佳霖,羅云華,鄢志雄.基于Dynaform 的點(diǎn)煙器外殼拉深工藝分析[J].熱加工工藝,2015,44(1):134-139.
讀書筆記十
多道次拉深
1 多道次拉深
拉深生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)碰到零件所要求的變形程度超過了材料一次成形所允許的最大變形程度，這時(shí)零件的拉深系數(shù)小于一次拉深成形的極限拉深系數(shù)，零件無法一次拉深成形，必須采用多道次拉深成形的方法，拉深件的總變形量分別由每道次拉深承擔(dān)一部分的變形量多道次拉深的工序較為復(fù)雜，其第一次拉深成形與普通一次拉深幾乎相同，拉深板料為初始的平板料，后序的拉深是在第一道次的基礎(chǔ)上進(jìn)行拉深，毛坯板料為上道次加工的半成品零件。在經(jīng)過幾次拉深后中間工序的毛坯材料的性能發(fā)生了一定的變化，所以多道次拉深工藝問題更為復(fù)雜。
2 多道次拉深工藝
當(dāng)零件的變形程度超過了材料一次成形所允許的最大變形程度，零件的拉深系數(shù)小于一次拉深成形的極限拉深系數(shù)時(shí)，將零件的總變形量進(jìn)行分配，每次完成零件的一部分變形，最后制成所需零件，這種成形工藝稱為多道次拉深。 多道次拉深有兩種基本形式：正拉深與反拉深。兩種情況下板料的變形方式區(qū)別不大，但反拉深時(shí)材料的變形阻力更大。因此，對(duì)于一般深筒形件都采用正拉深成形，而反拉深則多應(yīng)用于成形錐形與球形零件以抑制內(nèi)皺的產(chǎn)生。此外，反拉深時(shí)半成品的毛料易定位，模具結(jié)構(gòu)簡單，凸模高度與工作行程小。但凹模壁厚取決于前后兩次半成品尺寸之差，不能任意增大，故不適用于薄壁零件多道次拉深成形工藝就是將零件在拉深過程中小于一次拉深極限系數(shù)的工件得以分序的逐步完成拉深。降低了零件的變形抵抗力，減少了零件在一次成形中的變形量。
3 數(shù)值模擬方案流程
兩道次拉深有限元模擬過程分兩步進(jìn)行，首先是對(duì)第一道次的形件進(jìn)行常規(guī)的模擬仿真，之后在第一次模擬結(jié)束進(jìn)行第二道次的模擬仿真。其中第一道次模擬中板料毛坯已經(jīng)通過上面的展開的方法已確定完成，毛料為初始的平板料。該過程與一次成形過程模擬完全一致，材料性能均勻，成形結(jié)果為下次拉深成形的初始毛坯形狀。第二道次模擬中毛坯為第一道次成形的結(jié)果即中間構(gòu)型，通過兩次的模擬仿真可以明確的看出零件在成形過程中的形變。
4 小結(jié)
1）異形件連續(xù)模擬拉深成形可以得到多道次連續(xù)成形方法可以解決多道次成形中不同道次間材料屬性變化難處理的問題。
2）對(duì)于回轉(zhuǎn)體軸對(duì)稱零件多道次成形，在第二道次成形時(shí)，底部成形近似為局部成形，容易在底部產(chǎn)生較大的應(yīng)變，造成破裂缺陷，設(shè)計(jì)中間構(gòu)形的底部應(yīng)盡量與零件近似。第一道次和第二道次中沿母線方向的應(yīng)力均為拉應(yīng)變，自零件口部向零件底部周向的應(yīng)變由壓應(yīng)變逐漸過渡到拉伸應(yīng)變，以壓應(yīng)變?yōu)橹?，破裂一般發(fā)生在拉應(yīng)變區(qū)。
3）對(duì)零件的模擬與試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，異形件有限元模擬中厚度變化與試驗(yàn)相差較小，可以通過有限元模擬預(yù)測(cè)多道次成形件厚度。各種零件在有限元模擬中應(yīng)變分布與試驗(yàn)相差較小，可以通過有限元模擬預(yù)測(cè)多道次成形件成形性。
參考文獻(xiàn)
[1] 苑澤冰.多道次拉深試驗(yàn)與有限元模擬[D].沈陽航空航天大學(xué),2012.
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