毕业论文-薄板成型工艺仿真模拟

毕业设计薄板成形工艺仿真模拟学生姓名：学系部：机械工程系专业：机械电子工程指导教师：二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年月毕业设计任务书设计题目：薄板成形工艺仿真模拟系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：学生：指导教师（含职称）：1．课题意义及目标利用ansys进行薄板成形典型工艺进行数值模拟分析，完成“天圆地方”形状连接件的冲压成形模拟过程。(1)自拟参数，建立三维实体模型，应用proe对应模块生成模具(2)在dynaform环境下运用对应模块模拟冲压成形过程。2．主要任务(1)认真阅读任务书，通过查阅相关文献资料，在了解课题研究目的意义及现状等基础上，构建设计方案并进行充分论证，并撰写开题报告；(2)建立相关模型，熟悉相关软件；(3)完成模具模型，模拟冲压过程；(4)毕业设计说明书；3．主要参考资料[1]高广军，赵强.金属板材成形CAE分析及应用[M].国防工业出版社，2011[2]陈文亮板料成形CAE分析教程[M]机械工业出版社.2005（6）[3]李硕本.冲压工艺学[M].北京：机械工业出版社，19824．进度安排设计各阶段名称起止日期1阅读任务书，通过查阅资料，撰写开题报告并进行开题答辩；2014.11.-2014.12.312建立相关模型，熟悉相关软件；2015.1-2015.33建立相关模型，中期答辩；2015.4-2015.54完成相关模具模型，模拟冲压过程；2015.5-2015.65撰写设计说明书，准备毕业答辩；2015.6-审核人：年月日[9]。3.1.3DYNAFORM的后处理后处理是ETA公司的PostGL和Ggraph软件。用户可以通过定义任意截面，得到截面上的各种结果信息。在ETA-POST中新增加的GRAP模块，使用户可以利用曲线图表功能显示拉深过程中各种参数随时间变化的曲线，如界面力的变化、拉延筋阻力的的变化、拉深力曲线等。4天圆地方连接件仿真过程设计4.1天圆地方的结构及加工工艺简介零件的轮廓图如图4.1所示，天圆地方管是一个上园下方的的连接件。常常用在圆管与方管进行连接的场合。如空调的风机进口与机组的连接等。图4.1天圆地方外形轮廓成形工艺研究主要是拉伸、冲孔、翻边，翻边是利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖边的冲压工艺，翻边工艺可加工形状较为复杂且有良好刚体的立体制件，还能在冲压件上制取与其他零件装配的部位（如螺纹孔和轴承孔等）.翻边可以替代某些复杂零件的拉深工序，改善材料塑性流动以免发生破裂或起皱。用翻边代替“先拉深后切底”的方法制取无底零件，可减少加工次数，并节省材料。孔翻边的工艺参数，翻边底孔的粗糙度直接影响工件质量，如孔边有毛刺存在，就会导致翻口的破裂。因此，冲压的方向直接影响翻边的工艺性。冲压翻边时会各种各样对成形质量产生影响的问题中会出现很多的问题，而这些问题也会直接影响到成形后产品的性能。因此进行翻边工艺仿真就变得非常重要了。因为仿真模拟中可以及时发现实际生产中可能出现的问题，并且可以及时的改进工艺和模具来避免其中的一些问题的发生。试验研究主要是DYNAFORM软件后处理中的成形极限图及厚度变化图和应力分布情况检查产品外观及成形质量，材料选择和成形参数是否合理。然后确定坯料尺寸。4.2研究的具体方法4.2.1天圆地方管冲压几何模型根据尺寸用三维软件PRO/E绘制模型，圆孔冲压翻边深度为5mm模型如图4.2所示：圆孔直径为80mm，方形长为160mm宽100mm。图4.2天圆地方模型俯视图图4.3模型主视图图4.4冲压凹模模型图4.5冲压凸模模型图4.6冲压压边圈模型图4.7~4.9所示为翻边过程所需的冲压模具，图4.7为翻边过程所需凹模，图4.8为翻边压边圈，图4.9翻边过程所用的凸模。图4.7翻边过程凹模模型图4.8翻边压边模型图4.9翻边凸模4.2.2导入DYNAFORM软件在DYNAFORM软件中打开坯料工程模块导TIANYUANDIFANG_MODELL.iges文件,该文件自动识别为当前层,打开的界面如图4.10所示，图中红色为凹模，绿色为板料，紫色为压边圈，蓝色为凸模。保存数据到指定的工作目录.选择文件另存为,输入TIANYUANDFANG.df后,保存并退出对话框。同理将翻边模型也导入到软件中。图4.10IGES格式文件导入后的当前界面图4.11翻边模型导入4.2.3编辑数据库中的零件层如图所示4.12中所示在DYNAFORM中,导入模型后进行编辑零件层具体步骤为，首先在工具栏中选择零件层然后在下拉菜单中选择编辑，如图给定的零件名称是任意的,为了方便快速识别零件层，需要对给定的名称进行修改，把凹模改为DIE,凸模改为PUNCH，压边圈为BLINDER。然后保存零件层。图4.12编辑零件层4.2.4网格划分在编辑完零件层之后再对各零件层进行网格划分，在DYNAFORM软件界面中点击工具栏中的曲面网格划分按钮然后进行网格划分的参数设定，将网格最大尺寸改为10，然后点击选择曲面分别选择各个零件层将其进行网格化。图4.13天圆地方网格化设定4.2.5网格检查网格划分完成后点击确定，然后点击传统设置里的前处理，在前处理工具栏中修补进行网格质量的检查。网格划分质量的好坏经常会影响到成形分析的进行，所以需要进行网格质量检查。一般检查元翘曲角、自动一致平面法向、模型边界显示等项目。具体检查项目如图4.14所示。图4.14网格边界检查界面4.2.6成形参数设置网格检查完毕之后进行成型参数设置，在菜单栏中选择自动设置在其下拉菜单中选择板料成形对话框内容如图4.15。在此界面中定义板料选择材料为DC04材料，厚度为2mm。然后定义冲压工具，分别定义凹模凸模及压边圈。然后在工序设置。图4.15板料成形界面选择材料厚度为2mmDC04材料，考虑其拉延性能较好其性能参数如图4.16。图4.16DC04材料性能4.2.7数值模拟计算在所有参数都设置完成之后在板料成形窗口中点击提交在提交下拉菜单中选择任务提交管理器然后点击确定后等待进入软件进入数值模拟计算窗口。计算窗口如图4.17所示。等待数值计算完成之后再进行下一步工作。图4.17数值模拟运算窗口4.2.8启动后处理点击DYNAFORM的后处理键，选择eta/Post进入后处理界面。点击打开文件，选择计算完成的模型，界面出现如图4.18产品模型，检查模型后，设置相应的颜色和大小并保存文件。冲孔及翻边模型同样处理。图4.18产品模型图4.19冲孔模型图4.20翻边模型4.2.9成型极限图（FLD）分析打开FLD功能键对所得的图标进行分析，从图中可以看到模型上颜色的变化情况，根据颜色的变化，模拟检验坯料生成成品时可能出现的起皱和破裂情况，从图4.21中可以看到板材在成形后节点几乎全部集中在安全区，只有少量在起皱趋势区，并且不影响产品的外观造型，没有节点处于破裂区和破裂危险区。所以这种情况能够比较好适用于批量生产。图4.21冲压成形图图4.22冲孔成形图4.23翻边成形图FLD图中有五种颜色变化从上到下分别有为红色、黄色、绿色、蓝色、粉红色，它们分别代表的意义如下：(1)红色区——破裂(2)黄色区——有破裂危险的区域。(3)绿色区一一正常变形过程．属安全变形。(4)蓝色区——拉压变形区安全变形。(5)粉红色区——起皱区。图4.24PLD放大图图4.25翻边PLD放大图成形极限图可以直观的反应板料的成形性能，其中红色的曲线为成形极限曲线，当应变超过成形极限曲线时就会发生破裂。成形极限图可以直观的看出工艺规程的可行性：如果板料单元实际变形落于临界区．则说明很危险废品率较高，如果实际应变值落在临界曲线上．说明有相当的危险应对各条件须严格控制；而当落在图中蓝色区离临界曲线的较远地方时，材料还能够继续变形很安全。图4.25为最终冲压变形的FLD图，由此图可以看出，大部分变形都在成形极限曲线之下都可以顺利完成成形，少部分单元有起皱现象发生，但并不影响零件的外观。4.2.10厚度变化图成形工件的厚度变化如图4.26，图4.27为翻边过程厚度变化图，基本可以看出产品的成形结果。板料在拉伸过程中有局部增厚和减薄现象，图中拉伸最薄点，图示是圆形区最终厚度为1.635mm，拉伸最厚点，图示方形边缘区，最终厚度为2.110mm。图中拉伸过程厚度曲线图，基本符合冲压要求。在生产实际中，零件的边缘棱角过渡区都要改成光滑过渡，这样可以很好的避免成形失败的现象发生。一般认为在成形部分增厚不超过10%,减薄不超过30%，都可以接受，在厚度变化图中，无论是增厚率还是变薄率都没有超过要求。图4.26DC04材料天圆地方的厚度分布图4.27翻边过程的厚度分布图4.28FLD设置窗口图4.29模型第一主应变图图4.29为第一主应变图其中中红色区域为第一应变最大的区域，但都在材料容许的范围内，不影响成形结果。4.2.11动画仿真过程（见视频文件）

5总结通过对天圆地方连接件在DYNAFORM软件环境下进行数值模拟分析并进行仿真模拟，研究并估算了工件坯料的外形尺寸，确定了工件在成形后的厚度变化、成形极限图、第一主应力的变化情况等，且得到了厚度与应力变化之间的关系。结果表明应用DYNAFORM软件进行辅助设计时可以直观的看到成形过程及时预测破裂起皱等现象及时的反映给操作人员，快速估算产品成本可以指导设计人员对模具的设计和修改。有效的节约时间和成本，有利于提升竞争力。

参考文献美国工程技术联合公司.Eta/Dynaform用户手册.版本5.5.高广军，赵强.金属板材成形CAE分析及应用[M].国防工业出版社，2011.苏春建，于涛.Dynaform数值模拟技术在冲压成形中的应用研究.模具制造[J].2003，NO.5总第22期.曹银锋郑军李光耀钟志华薄板冲压成形过程的并行有限元仿真技术[J].机械工程学报第39卷第7期2003年7月:48-52.谢世坤，赵孝养，程从山，等.板料成形有限元分析的发展综述[J].井冈山学院学报，2006,27.赵辉，刘靖.金属塑性变形过程的数值计算方法[J].钢铁研究，1997，（3）：15-20.李硕本.冲压工艺学[M].北京：机械工业出版社，1982.机械工程学会锻压学会.锻压词典[M].北京：机械工业出版社，1989.陈文亮板料成形CAE分析教程[M]机械工业出版社.2005（6）.雷玉成汪建敏贾志宏金属材料成形原理[M]化学工业出版社2006.05.赵春章，王宏春，周京艳等.PRO/ENGINEER机械零件设计教程[M].海泽出版社，2004.08.王梦寒.铁路货车转向架支撑座铸改锻工艺研究[D].重庆大学博士学位论文.2005,5,29.温炳华.球头销生产工艺的革新[J].广东工学院学报.1995,6.123-125.YongqiangKang，JinpingLiu，CuipingYang.Metaldeformationinskewrollingstep