基于有限元的半球形件冲压成形中拉延筋设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于有限元的半球形件冲压成形中拉延筋设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

值的增大而增大，而随着 n值的增大，起皱临界压边力减小。 所以安全区域随着应变强化指数 n值的增大而增大。 本文研究的主要因素 由上可知，影响半球形件冲压成形中拉延筋设计的因素是众多而繁杂的，要对这些因素一一进行分析是十分困难的，也没有必要，因为对于一些特定的冲压设备，或特定的零本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 41 页 件，一些因素是比较固定或者对半球形的成形影响比较小，比如本文研 究得是 材料 相同 的半球形件，其强度比是固定的。 因而本文只选择其中对半球形件冲压成形中拉延筋设计影响比较大的因素进行分析。 通过 设置 和改变 拉延筋的位置、拉延筋的类型、拉延筋的高度、压边力和拉深速度等对 半球形件 冲压成形中拉延筋设计 有重要 影响 的 因素 ，来对 做试验。 因此，本课题选取影响半球形件成形的因素与改变拉延筋的参数作为研究对象，对半球形件的冲压成形 中拉延筋的设计 做深入研究。 本章小结 本章首先介绍了半球形件冲压成形的基本理论及其成形缺 陷，并在此基础上找出了影响其冲压成形中拉延筋设计的因素及本文要研究的主要因素，这是为第四章半球形件冲压成形中拉延筋的优化与设计仿真分析奠定了理论基础。 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 41 页 3 半球形件冲压成形的仿真模型建立 DYNAFORM 软件概述 此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。 如需要完整说明书和 设计 图纸等 .请联系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套机械毕业设计下载。 该论文已经通过答辩 基于 DYNAFORM 的半球形件成形模拟的流程 半球形形件成形智能多参数工艺智能选择系统是在考虑到冲压件受工件几何参数、模具几何参数、材料性能、摩擦系数、材料厚度、冲压力、变压边力等因素的影响 [22]， 所以要获得 比较好 的试验效果，首先应建立合理工艺模型，步骤如图 所示： 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 41 页 图 半球形件成形模拟的流程 开始 用 Pro/E建立半球形件及模具的几何模型 以 IGS格式将零件模型导入 DYNAFORM 对半球形件以及模具进行修剪 模具有限元网格划分 划分毛坯网格 分别对凸凹模、板料及压边圈进行定义成形工具 定义材料属性，选择材料模型 设置成形参数（拉延筋的位置，类型，筋高压边力、冲压速度，压边力等） 求解器仿真计算 记录应力应变、厚度数据 成形极限图（ FLD） 满意 修改几何模型 图 修改成形参数 前处理 后处理 不满意 设计结果是否满意 结束 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 41 页 半球形件仿真模型的建立及拉延筋的生成 为了研究曲面的冲压成 形性能和规律，本文选用典型的轴对称零件 —— 半球形件进行拉深成形仿真研究。 半球形件是最常见的几何形状相对比较规则、应用比较广泛的一类冲压件，在轴对称件中具有一定的代表性。 研究半球形件的冲压成形性能对以后复杂曲面冲压件的研究有着一定的指导意义。 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，在草绘状态下绘制凸模、凹模、板料的尺寸如下图。 对于凸模和凹模草绘 然 后进行拉深，凸模 半径为 180mm， 轴向长度为350mm； 凹模半径为 180mm， 外轮廓尺寸半径为 260mm， 高度为 300mm， 板料的半径为 260mm；最后 对板料草绘后填充。 (a) 凹模三维图 (b) 凸模三维图 图 模具及板料三维图 （ 2） 根据工件尺寸利用 Proe建立半球形件的 *.igs 格式文件； 单击 生成的实体模型 文件， 然后 保存副本，文件类型选择 *igs，单击确定，在输出 IGES窗口，选取曲面，坐标缺省，单击确定 , 如图。 这样 能得到 对应 的模型 的 *igs 格式 文件， 可以用于 Dynaform 的调用。 同时将 对应 的实体模型保存以便在后面改变模具参数重新建模所用。 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 41 页 图 保存文件 （ 3） 将 *.igs 数据导入 DYNAFORM 并对模型进行单元网格化处理 ； 打开 Dynaform 软件，单击 file，选择 imput 选 项，找到 前面 保存的 对应的 *igs 文件，先倒入凹模在导入板料， 凹模导入两次，因为 其中一个凹模文件 将在 Dynaform 中被 修剪成压边圈 , 导入完的 模型 如图。 图 导入后的模型 单击 Parts，选择 Edit， 在 Edit part 窗口为导入文件重 新 编辑 如图。 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 41 页 如图 编辑模具 单击 Preprocess（前处理），选择 surface 对导入的模型进行 修剪 ，删除不必要的表面，在 Surface 窗口选择 ，在 selectByCursor 选择 ，然后在窗口中选中 没用的表面，单击 OK 即可。 删去相应的表面后 得到完整的模型 如图 所示。 图 表面处理后的模型 单元网格化处理，单击 Preprocess（前处理），选择 Element，选中 ，相应的单元的参数 默认 设置如图 ,， 为 ， 为 ， Chordal Dev 为， Angle 为 ,Gap tol 为 ， Ignore Hole Size 为。 然后点击 Select Surfaces，点击 ，分别对凹模、压边圈进行网格化。 对如板料的网格化 Tools，选择 Blank Generator，单击 SURFACE，选中板料，在 Mesh Size窗口， Tool Radius为 ，单击确定， 完成板料的网格划分，最后 如图。 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 41 页 图 凸模、凹模、压边圈单元网格化参数 图 板料单元网格化参数 图 网格化后的模型 （ 4）定义板料的材料与属性，模具间距 板料的材料和属性设定，单击 Tools，选择 Define Blank，单击 Add 添加板料 B 为毛坯，然后点击 Material，单击 Material Library，进入材料库窗口选择 铝合金 AA6009 所对应的材料。 如图 所示，相应的中文参数如表。 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 41 页 图 板料的材料属性 表 材料性能参数 厚度 t/ mm 宽度 L/ mm 屈服极限 MPas/ 强度系数 K/ MPa 厚向异性 指数 r 应变强化 指数 n 200 单击 Property，在 Property 窗口单击 New 按钮，新建板料属性， UNIFORM THICKNESS（板厚为 ）为 +000，如图。 图 板料的属性 定义模具间的距离，单击 Tools， Position Tools 中 Move Tools，选择要移动的模具，在 Distance 中输入移动距离，移动方向为 Z Translation，使 y 在 Z 方向移动 ,a 在Z方向移动。 拉延筋的设置 （ 1） 新建零件层初步确定拉延筋的布置位置， 单击 Preprocess（ 前处理），选择点线，选择当前零件层为凹模，接着新建零件层，设置分裂角为 0 度，名称为拉延筋（ L）。 然后本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 41 页 在凹模上选择合适的位置偏移拉延筋曲线，初步选择拉延筋的位置为距离凸缘边缘 40mm处，如图 所示。 具体的拉延筋合理的选择位置会在后面的 试验中加以讨论。 图 拉延筋的布置位置 （ 2） 快速设置拉延筋的参数以及毛坯的定义 通过 Quick\Draw Die 可以选择拉延类型为双动，这样可以 使 凸缘部分 更加 平整 在 冲压成形中 ， 有效的提高了 形件在冲压过程中的 质量。 但是， 使用 双动 类型 在实际生产中 会增加 生产 所需的 成本。 由于 Dynaform软件中材料单元库的 AA6009 的材料性能参数和试验中的材料性能接近，所以模拟试验时选择 AA6009 中的 37 号材料，材料的厚度为 ，材料的性能 参数表如图 所示。 接着快速分别定义凹模、压边圈、板材、冲压速度和压边力等。 定义拉延筋的各个参数如筋高、凹槽圆角、筋的形式等等，如图 所示。 工具定义完成以后如图 所示，快速设置中相应选项的颜色由红色变为绿色。 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 41 页 图 图 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 41 页 （ 3） 对模型进行有限元计算 单击 Analysis，选择 LS_Dyna， 为了在后处理中能够较好的观察成形过程，一般设定STEP=20。 求解器采用 Full Run Dyna,求解器精度采用单精度。 同时在计算机内存 较大时，为了加快运算速度，可以适当提高 DYNAFORM 运算器的内存值。 打击 OK 即可进行有限元的计算如图。 图 Analysis的参数设置 模具和毛坯的几何造型 首先利用 Pro/E 软件，构造零件和坯料的实体模型，然后导出其 IGS 交换格式文件，再将该文件导入 DYNAFORM 中， 进行修剪和 网格划分。 由于 IGS 格式转换可能会出现模型失真情况所以读入 IGS 文件后需要检查模型，确 定 模型的正确 性。 网格划分结束后，把系统生成的网络模型导入 DYNAFORM 中进行下一步处理。 前处理工作 有限元前处理过程：（ 1）启动 ETA/DYNAFORM，选择合适的壳单元类型，利用 凹模、压边圈及板料之间的几何关系生成相应的有限元网络，（ 2）检查生成 凹模以及压边圈和板料网格的法矢量、边界、重复单元，修改网络直到没有错误为止；待划分的网络前期检查工作结束后， 接着开始 设置 模具和坯料的相对位置；定义模具和坯料、压边圈 之间的接触类型和拉延筋参数 (包括拉延筋位置，类型，筋高等 )；调整毛坯、压边圈和 凹模等工具间的相互位置 ； 进行工具动画 预览 确定 冲压运动 是否正确 ；（ 3）输出用于模拟计算的文件（ .dyn）本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 41 页 和有限元模型文件（ .mod），并对它们进行最后检查 ； （ 4）利用 LSDYNA 或 LSPOST 执行板料冲压模拟计算。 在前处理过程中，还要设置板料厚度、材料模型和材料参数，其中除了质量密度、杨氏模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度、塑性硬化指数和真实应力应变曲线等以外，还须考虑板料的各项异性 [22]。 后处理工作 有限元分析计算过程结束后，首先动态显示各部件（ 凹模、 压边圈以及板料等 ）的运动情况， 来确定 计算 是否 合理。 三维成形过程中各参数及物理量的变化情况可以用等色图或等直线图动态显示，包括各时 间段 的板料变形、材料流动、应力、应变分布情况、板料厚度变化以及起皱、破裂等情况，可以 找 出板料成形后每组参数 对应的 FLD 图、材料流动图、应力应变图、厚度分布图等进行详细研究。 成形极限图 FLD 板料的成形极限主要 受 主应力轴与板料轧制方向所成角度、应变硬化指数、厚向异性系数、板料厚度等因素 影响。 同时还与零件形状尺寸、板料尺寸、摩擦、模具、压边力、凹模圆角半径等因素密切相关 [23]。 成形极限图（ FLD）（如 图 ）广泛应用于板材成形性的评价以及 分析 冲压工艺的可行性。 成形极限图 可以反映主应变在发生失稳时 的分布状态 ,一般我们可以通过用 带有圆形网格的标准试件进行拉胀试验来测试材料的成形极限曲线。 它 基于多项式拟合的基本原理以及相关性与方差的综合分析 ， 探讨了成形极限散点与高次多项式之间的相关特性以及表面工程主应变极值点 FLD0 与拟合曲线的关系。 在所得的拟合曲线基础上配合数理统计与概率理论分析 ， 拟合曲线的上下置信函数可以成为描绘成形极限曲线 (FLC)的重要依据。 也可以为 FLD0 值的区 间估计提供可靠科学的置信分析。 图 板料成形极限图示例 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 41 页 4 半球形件冲压成形中拉延筋设计模拟分析 参数选择 在板料成形过程中 ， 压料面上各部位的进料阻力 是不同的 ， 通常 采取施加 拉深筋来进行控制。 拉深筋参数 合理 的 取值 和 布置 都是 是控制金属流动、防止出现起皱和破裂的重要手段 [24]。 在板料冲压工。