毕业论文圆筒形拉深CAE分析和通用实验模具设计

1、上海工程技术大学毕业设计(论文) 圆筒形拉深CAE分析和通用实验模具设计 摘 要随着我国金属工艺制造行业的迅速发展，国内各大金属生产企业为了满足工业生产的需求不断开发出新型的金属产品。而金属板料拉深性能的测定方法研究一直是冲压成形领域的研究重点之一,新型轻质的金属板料在不断开发应用的过程中急需科学高效的冲压成形性能的评判方法。为了在实验室600KN伺服压机的平台上设计一套在一定范围内通用的冲压实验系统，需要对圆筒形拉深试验方法进行充分的理论和CAE验证，得出可行的试验数据，用于圆筒形拉深试验方案设计和模具设计。设计一套通用圆筒形拉深实验模具，和通用冲压试验模架等一起组成冲压成形性能测定系统。本

2、文中通过使用DYNAFORM软件选择一套工艺方案进行CAE模拟验证，获得优化的工艺数据。设计一套通用圆筒形拉深实验模具。借助实验室已有的伺服压力机，对不同尺寸和拉深系数及板料厚度的金属板料进行实验。测定包括变形速度、变形程度、板料厚度等不同条件下拉深变形性能的变化规律。关键词：圆筒形，拉深，CAE分析，DYNAFORM软件，通用模具Cylindrical Deep Drawing and General Experimental Mold Design CAE AnalysisABSTRACT With China's metal craft manufacture the rapid

3、 development of the industry, domestic large enterprises to meet production metal industrial production requirement continuously develop new products.And sheet metal deep research of the performance measurement method has been forming research priorities,new lightweight sheet metal in the process of

4、 development and application in scientific and efficient stamping performance evaluation method. In order to design a set of within a certain range, the general stamping experiment system on the laboratory 600KN servo press platform,need for cylindrical deep experiment fully theory and CAE validatio

5、n, get practical test data,used for testing scheme design of deep cylindrical and mould design.Design a set of general cylindrical deep drawing experiments mold,and the common punching test formwork etc together forming performance measurement system.In this paper through the use of DYNAFORM softwar

6、e process scheme for choosing a CAE simulation,to obtain the optimum process data.Design a set of general cylindrical deep drawing experiments mold.Using laboratory existing servo press, in different sizes and deep coefficient and sheet metal sheet thickness.Measurement includes deformation velocity

7、 and deformation degree, sheet thickness under different conditions, such as the deep deformation performance variation.Keywords:cylindrical, deep drawing, CAE analysis, DYNAFORM software，general mold圆筒形拉深CAE分析和通用实验模具设计董其昌 0511041330 引言随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科，是我

8、们对所学知识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。模具制造技术现代化是模具工业发展的基础。 拉深（又称拉延）是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一，不仅可以加工旋转体零件，还可加工盒形零件及其它形状复杂的薄壁零件。板料筒形拉深成形作为一种十分重要的制造技术，在汽车制造，航天航空，电子仪器和兵器工业等制造业中都由广泛的应用，而拉深模具的设计是拉深成形的重要内容，基于传统的的模具设计方法很难完全满足生产的需要。近些年来，随着计算机技术和有限

9、元方法的发展，板料拉深成形数值模拟已经成为金属塑性加工领域的重要课题之一，并且国内外已经开始采用计算机模拟技术来指导模具设计。通过对板料拉深成形过程进行数值模拟，可以全面的了解板料在拉伸变形过程中的应力，应变分布，预测成形缺陷的出现，为设计者提供进行工艺分析和模具设计的科学依据，从而可以提高模具的设计水平，缩短模具的设计周期，提高产品生产质量。论文针对薄板拉深，分析了圆筒件拉深成形工艺的参数，确定了本课题的拉深工艺参数，采用AUTOCAD及DYNAFORM软件选择一套工艺方案进行CAE模拟验证，通过优化的工艺数据，设计出一套通用圆筒形拉深实验模具。1 圆筒件拉深的变形分析1.1 拉深变形过程

10、圆筒形件是最典型的拉深件。平板圆形坯料拉深成为圆筒形件的变形过程如图1.1由图1.1可以看出，在拉深过程中，由于外力的作用，使坯料凸缘区内部的各个小单元之间产生了相互作用的内应力，在径向拉应力和切向压应力的共同作用下，凸缘变形区产生塑性变形，径向伸长，切向压缩，且不断被拉入凹模中变为桶壁，最后得到圆筒形件。1.2 拉深过程中坯料内的应力与应变状态拉深过程中出现质量问题主要是凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂。凸缘区起皱是由于切向压应力引起板料失去稳定而产生弯曲；传力区的拉裂是由于拉应力超过抗拉强度引起板料断裂。同时，拉深变形区板料有所增厚，而传力区板料有所变薄。这些现象表明，在拉深过程中，坯料

11、内各区的应力、应变状态是不同的，因而出现的问题也不同。为了更好地解决上述问题，有必要研究拉深过程中坯料内各区的应力与应变状。 图1.2是拉深过程中某一瞬间坯料所处的状态。根据应力与应变状态不同，可将坯料划分为五个部分。图1.2 拉深过程的应力与应变状态 、分别代表坯料径向的应力和应变、分别代表坯料厚度方向的应力和应变、分别代表代表切向的应力和应变1. 凸缘部分（见图1.2、图1.2、图1.2） 这是拉深的主要变形区，材料在径向拉应力 和切向压应力 的共同作用下产生切向压缩与径向伸长变形而逐渐被拉入凹模。力学分析可证明，凸缘变形区的是按对数曲线分布的，其分布情况如图2.3所示，在=r处（即凹模入

12、口处），凸缘上的值最大。图1.3 拉深件的壁厚和硬度变化图 在厚度方向，由于压边圈的作用，产生压应力，通常和的绝对值比大得多。厚度方向上材料的的变形情况取决于径向拉应力和切向压应力之间比例关系，一般在材料产生切向压缩和径向伸长的同时，厚度有所增厚，越接近于外缘，板料增厚越多。如果不压边（=0），或压边力较小（小），这时板料增厚比较大。当拉深变形程度较大，板料又比较薄时，则在坯料的凸缘部分，特别是外缘部分，在切向压应力 作用下可能失稳而拱起，产生起皱现象。2. 凹模圆角部分（见图1.2、图1.2、图1.2） 此部分是凸缘和筒壁的过渡区，材料变形复杂。切向受压应力而压缩，径向受拉应力而伸长，厚度方

13、向受到凹模圆角弯曲作用产生压应力。由于该部分径向拉应力 的绝对值最大，所以，是绝对值最大的主应变，为拉应变，而和为压应变。3. 筒壁部分（见图1.2、图1.2、图1.2） 这部分是凸缘部分材料经塑性变形后形成的筒壁，它将凸模的作用力传递给凸缘变形区，因此是传力区。该部分受单向拉应力作用，发生少量的纵向伸长和厚度变薄。4.凸模圆角部分（见图1.2、图1.2、图1.2） 此部分是筒壁和圆筒底部的过渡区。拉深过程一直承受径向拉应力和切向拉应力的作用，同时厚度方向受到凸模圆角的压力和弯曲作用，形成较大的压应力，因此这部分材料变薄严重，尤其是与筒壁相切的部位，此处最容易出现拉裂，是拉深的“危险断面”。原

14、因是：此处传递拉深力的截面积较小，因此产生的拉应力较大。同时，该处所需要转移的材料较少，故该处材料的变形程度很小，冷作硬化较低，材料的屈服极限也就较低。而与凸模圆角部分相比，该处又不象凸模圆角处那样，存在较大的摩擦阻力。因此在拉深过程中，此处变薄便最为严重，是整个零件强度最薄地方，易出现变薄超差甚至拉裂。5.筒底部分（见图1.2、图1.2、图1.2） 这部分材料与凸模底面接触，直接接收凸模施加的拉深力传递到筒壁，是传力区。该处材料在拉深开始时即被拉入凹模，并在拉深的整个过程中保持其平面形状。它受到径向和切向双向拉应力作用，变形为径向和切向伸长、厚度变薄，但变形量很小。 从拉深过程坯料的应力应变

15、的分析中可见：坯料各区的应力与应变是很不均匀的。即使在凸缘变形区内也是这样，越靠近外缘，变形程度越大，板料增厚也越多。从图1.4所示拉深成形后制件壁厚和硬度分布情况可以看出，拉深件下部壁厚略有变薄，壁部与圆角相切处变薄严重，口部最厚。由于坯料各处变形程度不同，加工硬化程度也不同，表现为拉深件各部分硬度不一样，越接近口部，硬度愈大。图1.4 圆筒件拉深时凸缘变形时的应力分布1.3 拉深件的起皱及拉裂凸缘变形区的“起皱”和筒壁传力区的“拉裂”是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。为此，必须了解起皱和拉裂的原因，在拉深工艺和拉深模设计等方面采取适当的措施，保证拉深工艺的顺利进行，提高拉深件的质量。 1.

16、凸缘变形区的起皱 拉深过程中，凸缘区变形区的材料在切向压应力的作用下，可能会产生失稳起皱，如图1.5所示。凸缘区会不会起皱，主要决定于两个方面：一方面是切向压应力的大小，越大越容易失稳起皱；另一方面是凸缘区板料本身的抵抗失 稳的能力，凸缘宽度越大，厚度越薄，材料弹性模量和硬化模量越小，抵抗失稳能力越小。这类似于材料力学中的压杆稳定问题。压杆是否稳定不仅 取决于压力而且取决于压杆的粗细。在拉深过程中 是随着拉深的进行而增加的，但凸缘变形区的相对厚度 也在增大。这说明拉深过程中失稳起皱的因素在增加而抗失稳起皱的能力也在增加。 图1.5 凸缘变形区的起皱 2.筒壁的拉裂 拉深时，坯料内各部分的受力关

17、系如图1.6所示。筒壁所受的拉应力除了与径向拉应力 有关之外，还与由于压料力 引起的摩擦阻力、坯料在凹模圆角表面滑动所产生的摩擦阻力和弯曲变形所形成的阻力有关。筒壁会不会拉裂主要取决于两个方面：一方面是筒壁传力区中的拉应力；另一方面是筒壁传力区的抗拉强度。当筒壁拉应力超过筒壁材料的抗拉强度时，拉深件就会在底部圆角与筒壁相切处“危险断面”产生破裂，如图1.6所示。 要防止筒壁的拉裂，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面是通过正确制定拉深工艺和设计模具，合理确定拉深变形程度、凹模圆角半径、合理改善条件润滑等，以降低筒壁传力区中的拉应力。图1.6 筒壁的拉裂 2 设计计算说明书

18、2.1 零件的工艺分析 拉深件的工艺性是指从冲压工艺方面来衡量设计是否合理。一般的讲，在满足工件使用要求的条件下，能以最简单最经济的方法将工件冲制出来，就说明该件的冲压工艺性好，否则，该件的工艺性就差。当然工艺性的好坏是相对的，它直接受到工厂的冲压技术水平和设备条件等因素的影响。以上要求是确定冲压件的结构，形状，尺寸等对拉深件工艺的实应性的主要因素。根据这一要求对该零件进行工艺分析。 零件尺寸公差无要求，故按IT12级选取，利用普通拉深方式可达到图样要求。由于该件外形简单，形状规则，适于拉深加工。材料为08钢，厚度为0.8mm。2.2 压力机选定目前实验室拥有两套压力机，一台为倒装式600KN

19、的压力机，一台为600KN小松伺服压力机。倒装式压力机工作时，由压力机提供所有的冲压力和压边力，而此压力机的压边力是由弹簧提供，压边力会随着冲压力的改变而改变，不但压边力很难精确的测出，而且压力机实际给出的冲压力无法达到600KN（压力机还要提供压边力）。小松伺服压力机工作时，压力机提供冲压力，四个油缸提供压边力，同时压力传感器会记录下拉深过程中压边力的变化曲线，通过易控软件，将压边力曲线准确的显示在计算机上并保存；位移传感器会对拉深时候可能出现的位移误操作报警，使实验过程更加安全可靠；由于小松压力机只提供冲压力，压边圈的压边力由四个油缸提供，所以无形中放大了压力机的工作压力。比起倒装式压力机

20、，小松伺服压力机有着无可比拟的优点，所以本课题选择小松伺服压力机。2.3 坯料尺寸计算及拉深系数的确定2.3.1 坯料尺寸计算在不变薄拉深中，虽然在拉深过程中坯料的厚度发生一些变化，但在工艺设计时，可以不计坯料的厚度变化，概略地按拉深前后坯料的面积相等的原则进行坯料尺寸的计算。旋转体拉深件采用圆形坯料，其直径可按面积相等的原则计算。计算坯料尺寸时，先将拉深件划分为若干便于计算的简单几何体，分别求出其面积后相加，得拉深件总面积艺A，则坯料直径为 （2.1）图2.1 圆筒件坯料尺寸计算如图2.1所示的圆筒形件，可划分为三部分，各部分的面积分别为：带入，得坯料直径为 （2.2）零件的相对高度为，查表

21、得出对应圆筒直径下的修边余量，最后得出修正后的拉深件总高为。由公式（2.2）可求出坯料直径 2.3.2 拉深系数的确定不带凸缘圆筒形件的拉深系数为 （2.3）由公式2.3可求出拉深系数为 表2.1为厚度为1mm材料为08钢的坯料在不同圆筒直径下拉深高度为40mm时所需的坯料直径以及拉深系数关系表表2.1 拉深高度为40mm的圆筒件在不同直径下坯料与坯料直径关系圆筒件直径(单位：mm）坯料直径(单位：mm）拉深系数54890.6160970.62651030.63681080.63721130.64761170.65801220.66841280.66881350.65901380.65由表2.

22、1可以看出，相同材料拉深高度相同圆筒直径改变，所需坯料的直径会增大，但拉深系数基本保持一致，在一定范围内浮动。2.4 拉深模工作零件设计与尺寸计算2.4.1 凸、凹模间隙的确定 拉深模的间隙，过小会增加摩擦力，使拉深件容易破裂，且易擦伤表面，和降低模具寿命，但间隙过大，则易使拉深件起皱，并影响工件精度。单边间隙取：.式中： 为材料厚度的最大极限尺 凹模尺寸； 凸模尺寸。2.4.2 拉深模工作部分尺寸的确定尺寸标注在外径的拉深件，以凹模为准，间隙取在凸模上，即减小凸模尺寸得到间隙。尺寸标注在内径的拉深件，以凸模为准，间隙取在凹模上，即增加凹模尺寸得到向隙。 式中： 为凹模的制造公差； 凸模的制造

23、公差； 拉深件外形的基本尺寸； 拉深件内形的基本尺寸。但在实际工作中，按以上公式计算确定的尺寸与实际需要有一定差距。按上述公式计算可得：而以此凸、凹模尺寸加工的拉深件直径为。且根据实测：满足设计计算要求，但依此生产的零件达不到产品设计要求，即按上述公式计算所得的凸、凹模尺寸比实际需要偏小。为了确定确切的凸、凹模尺寸。确定决定拉深件尺寸的基准 拉深凸模如图2.2所示，修正了凸、凹模尺寸：如图2.3、图2.4所示，即取负间隙，实际尺寸为，修正后所得拉深件尺寸为，达到了设计要求。图2.2 拉深凸模图2.3 凹模镶块2.4 凹模固定架 通过以上计算和实际实践，我们可以得出：对于尺寸标注在外径且精度要求

24、较高的拉深件，在设计拉深模时，在依据原有设计理论确定凸、凹模尺寸的基础上，还须对此进行修正，修正量的大小则须根据零件设计要求而定。根据实践，通常在确定凹模尺寸(名义尺寸减1/2公差)后，再确定凸模尺寸，随着料厚的变化，间隙大小也随之不同一般取料厚的单边负间隙的2 6。 3 模具结构的确定3.1 传统拉深模分类及典型拉深模结构受材料拉深系数的限制，有的拉深件要经过几道拉深才能成形，故有首次拉深模和以后各次拉深模。拉深可以喝其他冲压工序组合成复合模或级进模，如落料、拉深和冲孔复合模等。根据拉深件的大小，拉深模可以分为大型覆盖件拉深模和中小型件的拉深模；按使用的冲压设备可以分为单动压力机拉深模和双动

25、压力机拉深模。3.1.1 单动压力机用拉深模图3.1为在单动压力机上使用的不用压边圈的拉深模。这种模具仅适用于拉深形变程度不大，材料的相对厚度较大的零件。拉深完成后，工件的口部会产生弹性恢复，在凸模1回程时，被凹模3下底部刮落，达到卸料的目的。由于模具结构是相对简单的无导向模，为了保证装模时的调整方便，间隙均匀，该模具附有一专用的的校模定位圈2，工作时应将该件拿开。图3.1 不用压边圈的拉深模1凸模 2校模定位圈 3凹模 4紧固圈5定位板 6凹模套圈 7垫板图3.2为具有弹性压边圈的首次拉深模。弹性压边装置由弹簧1、卸料螺钉 2、限位螺钉6和压边圈5组成。凸模的形成越大，弹簧的压缩量越大，压边

26、力也就越大。为了防止压边力过大，在压边圈上安装了若干限位螺钉6。为了减少拉深件与凹模直壁的摩擦，凹模的直壁不宜过长，对于一般精度的拉深件，凹模直壁部分的高度为8-13mm为宜。图3.2 带弹性压边圈的首次拉深模1弹簧 2卸料螺钉 3凸模 4凸模气孔5压边圈 6限位螺钉 7定位板 8凹模3.1.2 双动压力机用拉深模图3.3为带拉深筋的双动压力机用球形件拉深模。球形凹模4通过凸模固定座1与压力机的内滑块连结。拉深时，压力机的外滑块通过压边圈固定座2使压边圈3紧压在毛坯凸缘上，凸模继续下行，毛坯在凹模5拉深筋阻力和压边力的作用下，径向拉应力急剧增加，球形凸模顶端毛坯发生胀形变形，毛坯中间悬空部分在

27、径向拉应力的作用下紧贴凸模，防止了毛坯凸缘部分和中间悬空部分的起皱。压边力的大小可通过调节压力机外滑块闭合高度来实现。图3.3 带拉深筋的双动压力机拉深模1凸模固定座 2压边圈固定座 3压边圈 4球形凸模5带拉深筋凹模 6凹模座 7定位圈以上介绍的两类拉深模为传统的拉深模具，在工作时通常需要多道工序拉深才能达到零件的尺寸要求，工序相对复杂。3.2 本课题模具结构 本课题所使用的压力机及模具模架都是打破传统的，不但在模具上装有压力传感器（如图3.4所示）和位移传感器（如图3.5所示）监控压边力和拉深力的变化以及冲裁过程行程量，而且凸、凹模可根据不同零件的尺寸要求和形状调换，真正做到一模多用。位移

28、传感器A位移传感器B图3.4 位移传感器图3.5 压力传感器3.2.1 模具的形式 正装可调换凸、凹模的通用模。3.2.2 定位装置 采用定位模板定位，模板安装在凹模上，可根据坯料尺寸调换。3.2.3 卸料装置传统的拉深模具一般都采用打料装置或挡料装置，用打杆或者挡料销将工件从凸模或凹模上推下，本课题模具采用如图3.6、图3.7所示的顶出装置，用顶杆推动顶聊块将零件从凹模中顶出，顶出所用顶出力由油缸提供。卸料油缸如图3.8所示。卸料装置如图3.9所示图3.6 顶件块图3.7 顶件块导柱3.8 卸料油缸图3.9 卸料板3.2.4 导向装置导向零件有许多种，如用导板导向，则在模具上安装不便而且阻挡

29、操作者视线，所以不采用；若用导向装置为滑动式导柱导套极限导向，虽然使得模具在压力机上的安装比较简单，操作方便，但加工的零件精度太低，不适用于新型金属板料的性能测试；本课题所使用的导向装置为滚珠式导柱导套进行导向(如图3.10、图3.11所示），虽然结构比较复杂，但导向精度高、寿命长。图3.10 滚珠导柱图3.11 导套3.2.5 模架 若采用中间导柱模架，则导柱对称分布，受力平衡，滑动平稳，拔模方便，但只能一个方向送料。若采用对焦导柱模架，则受力平衡，滑动平稳，可纵向或横向送料。若采用后侧导柱模架，则可三方向送料，操作者视线不被阻挡，结构比较紧凑，但模具受力不平衡，滑动不平稳。本设计决定采用后

30、侧导柱模架。(如图3.12、图3.13所示）图3.12 上模架3.13 下模架4 拉深模具结构图（图4.1 图4.2 图4.3）图4.1 模具结构后视图图4.2 模具结构前视图图4.3 模具零件拆分结构示意图5 CAE模拟分析5.1 数值模拟软件Dynaform简介本课题CAE模拟分析采用数值模拟软件DYNAFORM。该软件是由美国ETA公司和LSTC公司联合开发，用于板材成形模拟的专用软件包，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期，不但具有良好的易用性，而且包括大量的智能化自动工具，可方便地求解各类板料成形问题。Dynaform可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕和

31、回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助；Dynaform用于工艺及模具设计的复杂板料成形问题；Dynaform包括板料成形分析所需的与CAD软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能。5.2 数值模拟分析步骤 Dynaform软件进行数值模拟分析流程如图5.1所示。(1)读入用户提供的数学模型。Dynaform可以直接读入UG、CATIA和ProE等数学模型。(2)利用Dynaform提供的网格划分工具对数学模型进行有限元划分、检查、修改、重分和优化。(3)进行数学模拟的边界、单元法向一致、合模等检查。(4)根据工艺和实际加工确定冲压方向，创建凹模和压料面。(5)定义凸模

32、、凹模、压料面和毛坯等部件及拉延力、摩擦因数的等效数学模型，然后进行模拟分析，最后根据分析结果进行工艺参数的优化。图5.1 模拟数值分析步骤5.3 基于DYNAFORM的圆筒件拉深数据模拟5.3.1 模型的建立拟用拉深件坯料直径90mm，拉深筒形件直径54ram，拉深高度40mm、材料厚0.8mm如图5.2。模具相关参数：凹模工作部分直径55mm，圆角半径1mm；凸模工作部分直径53mm，圆角半径4ram；模具单边间隙05mm如图5.3。为了便于模型的导人，采用Solidworks软件，在Solidworks中建立板料和凹模的模型，再以IGES格式导出到DYNAFORM中，通过凹模间隙自动生成

33、凸模。图5.2 毛坯图5.3 凸模5.3.2 读取数模零件进行网格划分网格划分的好坏对模拟的精确和计算时间有一定的影响。一般情况，在弯曲变形较大的部位网格划分较密，在变形较小的部位网格划分较稀。Dynaform提供了自适应网格划分，可快速划分模型网格。把零件的IGES格式导人Dynaform中，用网格划分工具Tools模块中的(Blank Generator)毛坯零件进行网格划分；利用(Preprocess)模块中的(ElementSurfaee Mash)对凹模进行网格划分。划分好的网格模型如图5.4所示。图5.4 坯料和凹模的网格图5.3.3 冲压方向的确定冲压方向是拉延工序设计中应首先确

34、定的参数。它不但决定能否拉延出合格的产品，而且影响到工艺补充部分的多少，以及拉延后各个工序的设计方案。调整冲压方向时，要考虑零件便于成形及放置。利用Dynaform中DEF模块，以Preparation命令中的Tipping进行冲压方向调整。采用自动调整(AutoTipping)及手动调整(Manual Tipping)功能联合调整,以保证无死区及尽可能减小拉延深度为原则确定冲压方向。5.3.4 创建压边圈为了防止拉深过程中板料的起皱，一般采用压边圈和足够大的压边力，大的压边力尽管可以防止零件的起皱但同时可能导致零件的拉裂，因此要控制压边力的大小。利用Dynaform中的Parts模块创建压边

35、圈(Bin- der)，从凹模中选择元素添加到压边圈中，再用(Separate)把它们分离。5.3.5 模型的生成把板料、凹模以及压边圈划分完网格，利用Dynaform 中的Quick Setu模块中的Draw Die快速建立模型，选择单动(Single Action或者Inverted Draw)、下模可用(Lower Tool Available)拉延类型，选择相应的命令定义坯料(选择材料库中的CQTYPE36)和工具(压边圈和凹模)。建立的三维几何模型如图5.5所示。 图5.5 三维模型5.3.6 模拟压边力值的计算拉深成形过程与毛坯的相对厚度tD、拉深系数m、凹模工作部分的几何形状等因

36、素有关，通常采用压边圈来防止工件凸缘部分起皱。使用压边圈的条件：所建立的模型显然满足上面的条件。因此，在零件拉深过程中需采用压边圈，最小单位压边力q，可取为3MPa。圆筒形件拉深理论最小压边力的大小可以按下式计算：式中： 为压边力；为毛坯直径；。为拉深件直径；为凹模圆角半径；为单位压边力。计算得5.3.7 数值模拟结果及分析计算的理论最小压边力值可能与实际情况并不完全一致，本人在模拟实验时首先采用接近理论计算的最小理论压边力值15kN进行模拟。再根据模拟结果逐步调整压边力的值，直到得到最优的压边力值。压边力为15kN时模拟结果的成形极限图如图5.6所示。从图中可以看出，成形后板料的外围部分起皱

37、较多，其它部分处于成形安全区域。同时从模拟结果的增厚变薄图(图5.7)可以看出，板料成形后的法兰外沿增厚最多，厚度达1032 951mm，增厚率为824 ；而凸模圆角过渡部分是变薄最严重的区域，最小厚度为0964 283mm，减薄率为893 图5.6压边力为15KN时的fld图 图5.7 压边力为15kN时的增厚变薄图压边力为15kN时模型出现了起皱，根据压边力理论可以适当增大压边力的数值来降低起皱。因此在其它条件不变的情况下，再采用20kN、30kN、40kN、50kN一组压边力值进行数值模拟实验。图5.8为使用不同压边力值的成形极限曲线图。显然随着压边力的增大，起皱得到明显改善，其区域逐渐

38、缩小，安全区域明显扩大，40kN时开始出现破裂危险区域，50kN时出现明显的破裂区域。模拟结果的相关数据统计表如表5.1所示。图5.8 不同压边力的成形极限曲线表5.1 数值模拟统计表 从以上的模拟结果可以看出，当采用压边力数值为1530kN时，模拟零件质量比较好。取压边力为20KN，进行数值模拟，模拟结果如图5.9所示图5.9 压边力为20kN时的增厚变薄图5.4 模拟结论取压边力为20KN时，零件质量非常好，未发现明显的起皱，壁厚均匀。故在调整压力机压边力时，可将压边力数值调整到20KN左右进行试验。利用Dynaform软件能够较好地模拟板料成形过程中的应力、应变分布，特别是实际加工中难以

39、测量的部分也能通过该软件模拟反映出来。本人结合实例，利用Dynaform软件对圆筒件拉深过程中的压边力数值进行模拟，快速确定合适的压边力值，最终获得合格的产品，既减少了试模时间，又提高了生产效率。6 模具零件实装调试6.1 模具实装将设计好的模具安装固定在如图6.1所示的小松伺服压力机的模架上，用以进行调试及实验。图6.1 安装了模具的小松伺服压力机6.2 模具调试及实验用直径为90mm，厚度为0.8mm的08钢坯料进行拉深实验。6.2.1 第一次拉深实验拉深模具相关参数：凹模工作部分直径55mm，圆角半径1mm；凸模工作部分直径53mm，圆角半径4ram；模具单边间隙05mm；压边力50KN

40、；圆筒件半径54rad；拉深高度30mm。第一次拉深实验后成形零件如图6.2所示6.2 第一次拉深成形零件由图6.2可以看出，由于施加的压边力过大，第一次拉深实验的成形零件出现了非常明显的拉破现象。6.2.2 第二次拉深实验拉深模具相关参数：凹模工作部分直径55mm，圆角半径1mm；凸模工作部分直径53mm，圆角半径4ram；模具单边间隙0.5mm；压边力13KN；圆筒件半径54rad；拉深高度40mm。第二次拉深实验后成形零件如图6.3所示图6.3 第二次拉深成形零件由图6.3可以看出，零件边缘出现了明显的起皱现象，可能是因为模具间隙过大造成，也可能是因为压边力太小导致，目前还不明确，所以要

41、进行第三次拉深实验。、6.2.3 第三次拉深实验拉深模具相关参数：凹模工作部分直径55mm，圆角半径1mm；凸模工作部分直径53mm，圆角半径4ram；模具单边间隙0.5mm；压边力20KN；圆筒件半径54rad；拉深高度40mm。第三次拉深实验后成形零件如图6.4所示图6.4 第三次拉深成形零件由图6.4可以看出，第三次拉深实验后的成形零件无起皱现象，说明第二次拉深实验的起皱现象是由于压边力过小造成的，同时第三次拉深实验的成形零件外壁出现了明显的镜面现象，说明凸、凹模之间间隙过小，很容易损坏模具，同时造成成形零件壁厚不均匀，影响零件质量。6.2.4 第四次拉深实验拉深模具相关参数：凹模工作部分直径55mm，圆角半径1mm；凸模工作部分直径53mm，圆角半径4ram；模具单边间隙1.0mm；压边力20KN；圆筒件半径54rad；拉深高度40mm。第四次拉深实验成形零件如图6.5所示图6.5 第四次拉深成形零件由图6.5可以看出，第四次拉深实验后的成型零件壁厚均匀，无明显起皱现象，零件质量