板料成形分析说明书

页共27页第1章课题分析1.1课题任务分析本次课题的任务为：将一零料制件经过尺寸观察，进行Dynaform软件建模分析其缺陷，并作出优化方案。塑件来源为老师所提供的图形，其形状尺寸如图1-1。依据模具的尺寸结构在Dynaform软件中建立零件的模型，并对其进行分析，确定坯料展开尺寸、凹模参数，画出相应的压边圈和凸模，在最后分析零件缺陷，对设计方案进行优化，改善裂纹、起皱等缺陷。图1-1零件的形状尺寸1.2零件分析1.2.1零件的结构分析该零件是拉深件，整个零件高度为50mm，宽150mm,长100mm，厚度是1mm，为研究拉深深度对零件的性能影响，我们小组每个人选取了不同拉深深度，该零件有一半是半圆形拉深，一半是方形拉深，四周进行倒圆角操作。1.2.2零件的材料分析这个拉深件我们采用的是CQ36这种材料，该材料性能在Dynaform软件中查得性能如图1-2。图1-2Dynaform推荐的CQ36材料工艺参数CQ36材料为低碳钢，退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此，其冷成形性良好可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳钢硬度很低，切削加工性不佳，淬火处理可以改善其切削加工性。1.3零件成型难点在零件设计过程中我们需要做出一个倒圆角的操作，设计倒圆角主要是为了安全、工艺，以及外观装饰方面的需要。零件通过加工后，边角处往往很锋利，常用倒圆角的方式去除尖角和毛刺，避免划伤。在这些地方倒圆角还能去除产品的尖部应力，减少磕碰和疲劳等原因造成产品的损坏、失效。而有些零件因工艺需要，必须设计合适的倒圆角。轴孔配合零件设计倒角易于装配；齿轮齿顶倒角既能防止热处理变形导致齿顶反翘，又能防止齿顶淬透而崩落，避免影响啮合质量。粉末冶金零件设计拔模角能方便产品脱模和减少磨损；产品结构转角处设计倒角或圆角，方便液体在模具内流通顺畅、受压均匀和方便脱模。倒圆角还有装饰作用。偏圆润的倒角，让产品显得更加亲和友善、具有吸引力。同时零件在拉深时最容易出现的缺陷是平面凸缘部分的起皱和筒壁边缘的拉裂。平面凸缘部分的起皱是指在拉深过程中，该部分材料沿切向产生波浪形的拱起。起皱现象轻微时，材料在流入凸、凹模间隙时能被凸、凹模挤平；起皱现象严重时，起皱的材料无法被凸、凹模挤平，继续拉深时将因拉深力的急剧增加导致危险端面破裂，即使被强行拉入凸、凹模间隙，也会在拉深件筒壁留下折皱纹或沟痕，影响拉深件的表面质量。起皱是平面凸缘部分材料在拉深时受切向压应力的作用而失去稳定性的结果。拉深时是否产生起皱与变形程度和拉深力的大小、材料的厚度和厚向异性指数、压边条件等因素有关。变形程度越大，则拉深力越大，起皱就越容易产生。材料的相对厚度(t/D)×100越大，表示材料的稳定性越好，起皱就越不容易产生。材料厚向异性指数r如大于1，则表明材料向宽度方向的变形比向厚度方向变形更容易，拉深时就不易产生起皱。r值越大，起皱的可能性越小。在拉深模中采用刚性压边装置或弹性压边装置，拉深时对平面凸缘部分材料施加压边力，能够有效防止起皱。对拉裂而言，通过对拉深过程的应力应变分析，可近似认为筒壁部分受单向拉应力作用。变形开始时，凹模口处的胚料变薄最大，靠近凹模圆角的材料拉深开始包向凸模圆角时，沿凸模圆角发生弯曲及胀形变形，使其厚度继续变薄。在凸模圆角于直壁交界处形成了拉深件第一个厚度极小值；而凹模圆角发生反复弯曲后再度减薄形成拉深件厚度的第二个极小值。当拉深力过大,筒壁材料的应力达到抗拉强度极限时,筒壁将被拉裂。由于在筒壁部分与底部圆角部分的交界面附近材料的厚度最薄、硬度最低，因而该处是发生拉裂的危险断面。拉深件的拉裂一般都发生在危险断面。防止拉裂，一方面要通过改善材料的力学性能，提高筒壁抗拉强度；另一方面通过正确制定拉深工艺和设计模具，降低筒壁所受拉应力。

第2章基于Dynaform的模型建立Dynaform作为设计检验零件常用的分析软件，其操作简单、使用方便、分析精准。但是它并没有集成CAD建模功能，只能进行一些简单的建模。2.1模型的绘制在进行模型绘制之前我们要先做好的是桌面建好文件夹，进入软件首先进行另存为，这样我们建立的模型方便查找修改。2.1.1工件建模本次操作所采用的软件为Dynaform版本，在打开Dynaform软件之后，点击最上面一栏的传统设置中的前处理，如图2-1。图2-1前处理其次依次输入坐标，建立母线，建立完母线后进行打断点的操作，然后点击圆弧操作，选择与两线相切，进行圆角操作，之后删除多余的线，然后点击旋转曲面操作，绕着旋转轴进行旋转180°的操作，建立如图2-2图2-2旋转步骤另一半的模型同样采用了旋转的操作，周围进行扫掠平面的操作，补齐曲面，结果如下2-3.图2-3旋转扫掠步骤2.1.2坯料的展开使用坯料工程中的MSTEP，在工件选项中，首先设置材料为C36，定义零件层，然后划分网格，更改最大尺寸和弦高误差数值，完成网格划分，最后退出网格划分，开始运行，选择传统设置中的坯料生成器，开始设置坯料轮廓线。选择零件层为最新生成的零件层，然后添加坯料轮廓线，生成网格，更改单元尺寸，完成网格划分，模型如图2-4所示，坯料轮廓线如图2-5所示。图2-4模型图图2-5坯料尺寸线2.2凹模模型的建立根据图2-5中坯料展开后的尺寸确定凹模尺寸，进行建模。创建一个新的零件层并对其进行命名，命名为DIE，开始画线，先画出线段。之后对线段进行截断，截断后画圆角，此时注意料厚的加减，圆角完成后删除多余线段。绘制旋转轴，在图2-1的曲面选项中进行旋转扫掠曲面的操作。最后框选整个图像，删除多余的线段，完成建模，模型如图2-6所示。图2-6凹模模型2.3数值模型的建立点击自动成型中的板料成形，设置板料料厚为1mm，双动成形，参考面为下模，在弹出的窗口中选择板料，设置零件层，材料为C36，在工具中划分凹模网格，设置最大尺寸和弦高误差数值，生成的网格如图2-7所示。复制出压边圈和凸模，模型如图2-8、2-9所示。修改凹模、压边圈和凸模的法向方向。图2-7凹模网格图2-8压边圈模型图2-9凸模模型设置工序参数，在闭合阶段，压边圈以2000mm/s的速度向下移动，凸模和凹模保持静止不动；在拉深阶段，凸模以5000mm/s的速度向下移动，压边圈和凹模保持静止不动。最终完成的模型如图2-10所示，提交后等待运行结束图2-10总模型2.4小结本章对用Dynaform软件建模的过程进行了简单的说明，建立了工件、凹模、压边圈和凸模的模型，并进行了动画演示，当演示大致没有问题后，然后进行点击自动设置里面的板料成形，点击提交，然后点击任务提交管理器，进行软件计算的操作，为下面步骤做准备。

第3章成型结果在建模完成之后开始进行后处理观察模型。在eta/Post中打开建立好的模型，从各个方面分析工件，如成形极限、工件厚度、位移，观察软件生成的云图，分析对比检验制件是否合理。3.1成形极限成形极限图能够反映出工件具有的缺陷，方便我们后期对工件进行一定的优化处理，在0.000000秒时为板料起始阶段，不受任何外力，板料未出现任何变化，如图3-1所示。图3-10.000000秒时的成形极限图在0.004498秒时，板料开始向下拉深，但还暂未出现缺陷，回转体安全，如下图3-2所示图3-20.004498秒时的成形极限图在0.006497秒时，板料拉深量加大，拉深效果明显，由于周边压应力的存在，边缘处出现明显的起皱，零星几个地方出现严重的起皱，板料的四周出现安全区域，靠着安全区旁边小部分存在蓝色起皱倾向区，此时图上存在4个区域，蓝色、绿色、浅紫色、深紫色，如图3-3所示。图3-30.006497秒时的成形极限图在0.008497秒时，图中依然只存在四个区域，只是各区域的面积变化了，但肉眼看不出来太明显的起皱，原因可能就是软件还不够精确，反应时间还不够充分，如下图3-4所示。图3-40.008497秒时的成形极限图在0.009499秒时，此时底部已渐渐出现绿色，且绿色慢慢变多，凸缘处渐渐出现折痕，如图3-5所示。图3-50.009499秒时的成形极限图在0.01400秒时，拉深结束，此时与0.006497秒时一样，存在四个区域，绿色是安全区、蓝色起皱倾向区、浅紫色起皱区和深紫色严重起皱区，如图3-6所示。图3-60.01400秒时的成形极限图3.2厚度分布从0.000000~0.001200秒厚度均未发生变化，为初始设置的1mm，0.001200秒厚度分布图如图3-7所示。图3-70.001200秒时的厚度分布图在0.001799秒时板料厚度开始发生改变，但是未出现明显厚度变化，如图3-8所示。图3-80.001799秒时的厚度分布图在0.004498秒时，拉深效果明显，底部有所突出，厚度变化明显增大，颜色分分明。与0.001799秒相比筒壁靠近底部的红色部位厚度变小，且为当前时刻厚度最薄的区域，为0.871mm；凸缘处的深蓝色区域厚度变大，为1.000~1.001mm；其余部分厚度为0.991~0.999mm，如图3-9所示。图3-90.004498秒时的厚度分布图在0.006497秒时，与0.004498秒相比，筒壁靠近底部的红色部位厚度仍最小，为0.902mm，部分区域厚度与四周的拉深区域靠近棱边处的侧壁部位较薄的区域，为0.945mm；侧壁与凸缘交界处较厚，为0.987~0.993mm；凸缘处末端最厚，为1.017~1.023mm；其余部分厚度为0.993~1.017mm，如图3-10所示。图3-100.006497秒时的厚度分布图在0.008497秒时，拉深形状基本出现，中心靠近底部的侧壁红色区域厚度最薄，为0.855mm；凸缘处蓝色区域最厚，为1.100mm；其余部分厚度为0.855~1.100mm，如图3-11所示。在0.008497秒时，拉深接近结束，零件凸缘处蓝色部分厚度最大，与0.006479秒相比，凸缘厚度分布更均匀。图3-110.008497秒时的厚度分布图如图3-12所示。在0.014秒时，拉深结束，零件凸缘处蓝色部分厚度最大，为1.164~1.201mm。与0.008497秒相比，凸缘厚度分布更均匀；筒靠近底部的侧壁红色区域的侧壁厚度最小，为0.830mm；其余部分厚度为0.830~1.164mm，如图3-12所示。图3-120.014秒时的厚度分布图3.3位移变化从0.000000～0.001200秒均没有出现位移变化，0.001200秒位移分布图如图3-13所示。图3-130.001200秒的位移分布图图3-140.002400秒时的位移图在0.002400秒时出现位移变化，可以看出来目前图片中最上端和最下端的位移最大，中间位移最小，出现了一种从内到外依次位移增大的趋势，如图3-14。在0.004498秒时出现了与0.002400不同的位移变化，位移量比较大的红色部分和蓝色渐渐减少，变化量较小的绿色部分增多，如下图3-15所示。图3-15在0.004498秒时的位移图在0.006497秒时，此时拉深的效果很明显，绿色、蓝色区域明显上升，该图上下两端位移量较大，如下图3-16所示。图3-160.006497秒时的位移图在0.01400秒时，拉深结束，从图3-17可以看出，底部的分布是均匀的，图片上、下端位移量较大，凸缘部分出现了明显变形。图3-170.01400秒时的位移图3.4小结本章对ETA/post模型进行了观察，研究了工件的成形极限图、厚度分布图和位移图。由成形极限图可以看出，缺陷并不突出，由厚度分布图可以看出，凸缘处厚度最大，侧壁处厚度较小，其余部分厚度分布基本均匀；由位移图可以看出，凸缘部分位移较大，筒底处位移较小，通过不断分析不同时间段的不同对应成形极限、厚度和位移的样式，看看能否寻找到一般的规律，分析缺陷最容易出现的位置，同时考虑应该调整什么参数值改善缺陷。

第4章不同参数的影响拉深成形过程中参数的不同会导致工件出现缺陷，因此通过在Dynaform软件中修改摩擦力系数的数值来观察对工件产生的影响。4.1摩擦系数(1)摩擦系数修改为0.05，修改后的参数如图4-1图4-1摩擦系数参数图4-2为0.006479秒时成形极限图的前后对比，图(a)为修改前的成形极限图，图(b)为修改后的成形极限图。可以看出修改参数后起皱区稍稍减少，安全区增多。(a)修改前(b)修改后图4-20.006497秒第一次修改成形极限图对比图4-3是0.014000秒图4-3为0.014000秒拉深结束时成形极限图的前后对比，图(a)为修改前的成形极限图，图(b)为修改后的成形极限图。可以看出修改参数后起皱倾向区变大，但是相比于0.006479秒面积要小一点。筒底基本上是安全区。修改前(b)修改后图4-30.014000秒第一次修改成形极限图对比由此可见改变了摩擦力系数后，模型底部原本未被拉深的部分成型情况良好，缺陷明显好转。图4-4为0.014000秒拉深结束时厚度分布图的前后对比，图(a)为修改前的厚度分布图，图(b)为修改后的厚度分布图。可以看出修改参数后底部壁厚更加不均匀，且模型整体壁厚小于修改前的模型壁厚。图4-40.008400秒修改的厚度分布图对比(a)修改前(b)修改后(2)摩擦力系数修改为0.17，修改后参数如图4-5图4-5摩擦系数参数(a)修改前(b)修改后图4-60.014000秒第二次修改成形极限图对比图4-6是0.014000秒拉深结束时成形极限图的前后对比，图(a)为修改前的成形极限图，图(b)为修改后的成形极限图。可以看出修改参数后，出现了些许拉裂现象，零件开裂的根本原因在于拉延变形抗力大于简壁开裂处材料的实际有效抗拉强度，拉深工序中产生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。防止拉裂的措施：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。拉裂是薄板冲压成形工艺过程中常见的失效形式，在薄板冲压成形中，由于冲压件形状、结构复杂，毛坯变形区内的变形分布、各部位的变形状态及其变形路径都在不断地变化，其过程是很复杂的。变形区内常常因变形过大而开裂破坏，影响正常的冲压成形和产品质量。为解决这类问题，通常对模具进行反复修正、调试。这就必然降低了生产节奏，增加了成本，有时也影响到冲压件质量的提高。这与现代化大工业生产的高质量、快节奏是不相适应的。所以，在生产中如何通过采取工艺、模具、设备、材料等方面的措施来较快地解决破裂问题具有重要的现实意义。4.2压边力参数(1)压边力修改为100000N图4-7为0.014000秒时成形极限图的前后对比，图(a)为修改前的成形极限图，图(b)为修改后的成形极限图。可以看出修改参数后筒底缺陷减小，安全区增大，优化较成功。(a)修改前(b)修改后图4-70.014000秒第一次修改压边力成形极限图对比(2)压边力修改为50000N图4-8为0.014000秒时成形极限图的前后对比，图(a)为修改前的成形极限图，图(b)为修改后的成形极限图。可以看出修改参数后边缘出现了起皱，优化较失败。(a)修改前(b)修改后图4-80.014000秒第二次修改压边力成形极限图对比图4-8在修改参数后，出现了起皱现象，起皱产生的原因有(1)材料堆积起皱，进入凹模腔内材料过多，产生起皱。(2)失稳起皱：板料厚度方向的约束力弱，导致压缩凸缘失稳产生起皱；在不均匀的拉深部位易出现受力不均，导致失稳产生起皱。(3)制件R角过大，导致拉深过程中凸模无法压住料、材料流动过快进而产生起皱。(4)制件压料筋设置不合理，或者压料筋过小，不能有效阻止材料过快的流动。(5)上、下模之间的间隙过大，导致制件在拉深过程中模具无法压住料，产生起皱。(6)压边力不够或者压边力度大小不够。起皱的解决方法主要有(1)产品设计方面：检查原始产品模型设计的合理性；避免产品出现鞍形形状；产品易起皱部位增加吸料筋等。(2)冲压工艺方面：合理安排工序；检查压料面和拉延补充面的合理性；检查拉延毛坯、压料力、局部材料流动情况的合理性；用内筋方式舒皱；提高压料力，调整拉延筋、冲压方向，增加成形工序、板料厚度，改变产品及工艺造型以吸收多余材料等方法。(3)材料方面：在满足产品性能的情况下，对于一些易起皱的零件，采用成形性较好的材料。整改起皱的一般方法，就是确保制件在拉深过程中模具能够压住料，确保一个合理而正常的材料流动速度：材料在拉深过程中流动过快，则有可能导致制件起皱；材料流动过慢，则有可能导致制件开裂。4.3小结本章针对摩擦系数和压边力的大小进行了改动，通过观察不同参数下成形极限图中是否有缺陷的出现和消失。当摩擦系数为0.05时缺陷减少，安全区增多。当摩擦系数为0.17时缺陷也减少，当调整压边力为100000N时，缺陷出现了改善，压边力为50000N时，凸缘部分出现了起皱现象，改进失败，需要分析起皱出现的位置以及起皱出现的原因，不断地调整不同的参数，找出消除起皱方法，同时保证不出现其他的缺陷。总结本次板料成型分析与实践运用了Dynaform软件的建模以及分析功能。首先先构建大致模型然后运用ETA/post功能，形成板料成形极限图，厚度分布图，以及位移分