基于CADCAE的桶形件變壓邊力沖壓成形工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(nèi)外研究現(xiàn)狀.21.2.1變壓邊力的加載模式.21.2.2變壓邊力的技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究.31.2.3變壓邊力的有限元數(shù)值模擬研究.31.3主要研究目標(biāo)及內(nèi)容.41.4論文的組織結(jié)構(gòu).42桶形件沖壓成形工藝?yán)碚摲治?52.1桶形件沖壓過程及特點(diǎn).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(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì).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(duì)比和分析.314.5小結(jié).34結(jié)束語.36致謝.37參考文獻(xiàn).38本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)備上對(duì)板料或型材施加壓力，使其產(chǎn)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(duì)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(chǎn)效率高、可以改善材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和缺陷、提高零件的機(jī)械性能、減輕零件重量更可以提高材料利用率，由于其獨(dú)特的優(yōu)勢廣而被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、摩托車、電器開關(guān)、家電、農(nóng)用機(jī)械、醫(yī)療器械等行業(yè)，在工業(yè)生產(chǎn)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(jì)算機(jī)信息技術(shù)、控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，板料沖壓技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展1。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式與板料沖壓技術(shù)相比有以下幾個(gè)不同點(diǎn)：(1)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式工藝流程較復(fù)雜工序較多生產(chǎn)效率低，沖壓技術(shù)一般采用一次成形或者幾次成形生產(chǎn)效率大幅提高，且操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度低。(2)傳統(tǒng)生產(chǎn)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(chǎn)成本。(3)板料沖壓技術(shù)能滿足更多復(fù)雜形狀零件的生產(chǎn)要求，還能有效控制其加工精度滿足生產(chǎn)要求。(4)板料沖壓技術(shù)生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)可控性較強(qiáng)，可以改變工藝系統(tǒng)中的沖壓速度壓邊力等參數(shù)來達(dá)到生產(chǎn)要求。(5)沖壓加工的尺寸精度是由模具保證的，因此尺寸穩(wěn)定，互換性好。(6)廢品破壞形式不同，板料沖壓的主要報(bào)廢形式是起皺和破裂。近年來，汽車工業(yè)在中國發(fā)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(shù)得到很好的發(fā)展機(jī)會(huì)得到了極大的推廣。二十世紀(jì)八十年代以來，汽車覆蓋件的拉深工藝和壓力機(jī)已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。以工作臺(tái)內(nèi)的液壓拉深墊代替壓邊滑塊，從而單動(dòng)液壓機(jī)代替了雙動(dòng)液壓機(jī)，大大簡化了液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備投資，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和拉深件的質(zhì)量，這對(duì)汽車覆蓋件的生產(chǎn)具有重大意義。環(huán)保適當(dāng)今世界的主題，較少原料、減輕車重、減少油耗的目標(biāo)位沖壓技術(shù)提供了很大的舞臺(tái)。因此板沖壓技術(shù)在汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用4。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第2頁共39頁桶形件沖壓在沖壓成形技術(shù)中是十分典型的也是極具代表性的一種生產(chǎn)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(chǔ)，因此本課題即以簡單的軸對(duì)稱零件桶形零件為研究對(duì)象進(jìn)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(yùn)用Dynaform對(duì)某些條件進(jìn)行假設(shè)通過控制變量法對(duì)桶形件進(jìn)行簡單的有限元仿真分析，找出其中的主要因素對(duì)桶形件沖壓成形的影響，通過實(shí)驗(yàn)仿真比較得到優(yōu)化的方案，并對(duì)各實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出一定的解釋。對(duì)桶形件成形過程中的一些工藝參數(shù)及其可行性進(jìn)行討論。1.2桶形件變壓邊力沖壓成形國內(nèi)外研究現(xiàn)狀到目前為止，對(duì)桶形件成形技術(shù)的研究還不夠充分，而且多數(shù)停留在試驗(yàn)的階段，國內(nèi)的姜銀方、林忠欽、陳煒和郭偉剛等人對(duì)桶形件的沖壓成形進(jìn)行了較多的研究，但這些研究不但多是停留在實(shí)驗(yàn)的階段，而且多是對(duì)成形性能和變形進(jìn)行分析和研究，而對(duì)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(jì)80年代開始研究可調(diào)節(jié)邊裝置，直到現(xiàn)在一直處于改進(jìn)和使用階段，尚未在生產(chǎn)中普及開來，目前實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的主要還是傳統(tǒng)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(diào)控的壓邊力控制設(shè)備由Hardt等人設(shè)計(jì)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(dú)進(jìn)行了獨(dú)立的研究。他用冷軋鋼板成形杯形件，做了大量的實(shí)驗(yàn)并通過一個(gè)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(dá)到控制拉深過程中壓邊力恒定的目的3。國外的許多學(xué)者對(duì)簡單的桶形件，錐形件進(jìn)行了研究，通過研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)目乇究飘厴I(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）第3頁共39頁制壓邊力在拉深加工中的數(shù)值，能夠更好的控制制品成形的質(zhì)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(shù)的實(shí)驗(yàn)研究國外對(duì)變壓邊力的控制研究相對(duì)于國內(nèi)進(jìn)行的比較早。20世紀(jì)90年代，變壓力的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。1993年德國斯圖加特大學(xué)的K.Vsigrer等人在單動(dòng)液壓機(jī)上用4個(gè)液壓缸在4個(gè)角點(diǎn)處施加壓邊力，建立了計(jì)算機(jī)數(shù)值控制多點(diǎn)壓邊力控制系統(tǒng)。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(shí)，將壓力圈分成8個(gè)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(gè)成形過程。雖然分段的壓力圈結(jié)構(gòu)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(jié)果表明使用分段力壓圈的結(jié)構(gòu)，即使角部和邊上的HBF保持定長時(shí)，分段壓力圈還是要比剛性的單片的壓邊圈所的到的產(chǎn)品的拉深深度要大。圖1.2拉深模具壓邊圈的分段結(jié)構(gòu)1.2.3變壓邊力的有限元數(shù)值模擬研究數(shù)值模擬技術(shù)作為CAE的關(guān)鍵技術(shù)之一，是金屬塑性加工工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的主要輔助工具。過去10年里，板料成形的數(shù)值模擬技術(shù)突飛猛進(jìn)，壓邊力的研究領(lǐng)域也逐步引進(jìn)了有限元數(shù)值模擬技術(shù)。DYNAFORM是采用動(dòng)態(tài)顯示式算法，以LSDTNA為其解算器沖壓CA