金属塑性成形原理大作业结题报告

金属塑性成形原理大作业结 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 报告 1 金属塑性成形原理 大作业报告 2014 金属塑性成形原理 大作业结题报告 班级: 学号: 姓名: [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 目录 一.对象描述 ........................................................................................................................ 1 二(研究目标 ...................................................................................................................... 1 三(研究内容 ...................................................................................................................... 1 四(研究 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ...................................................................................................................... 1 五(模拟之前的准备工作 ................................................................................................... 2 六(分析模拟过程 ............................................................................................................... 3 6.1制作模型 ................................................................................................................... 3 6.1.1启动软件，建立工程 ......................................................................................... 3 6.1.2绘制零件 ............................................................................................................ 3 6.2.确定材料参数并定义和赋予截面属性 ..................................................................... 6 6.3定义装配件 ................................................................................................................ 7 6.4定义分析步和输出变量 ............................................................................................. 8 6.4(1定义分析步 ...................................................................................................... 8 6.4(2定义场输出和历程输出 ................................................................................... 8 6.5定义接触和摩擦 ........................................................................................................ 9 6.6施加载荷和边界条件 ................................................................................................ 9 6.7网格划分 ................................................................................................................. 10 6.8生成作业 ................................................................................................................. 11 七(后处理数据图表分析 ................................................................................................. 11 7.1观察毛坯在拉深过程中的形状变化，分析其各主要位置的受力状态 .................. 11 7.2拉深变形起皱的情况，找到破裂的危险界面位置................................................. 13 7.3材料、磨具几何尺寸、压边力等参数对拉深成形能力的影响 ............................. 16 7.4主要四部分的摩擦对拉深成形效果的影响 ............................................................ 33 八(工艺参数对成形结果的影响规律 .............................................................................. 38 九(与其他计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的比较 ............................................................................................. 39 十(学习总结 .................................................................................................................... 39 十一.参考文献 .................................................................................................................. 39 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 一.对象描述 拉深是指将平板毛坯或杯形毛坯在凸模作用下拉入凹模型腔形成开口空心零件的成形工艺方法。拉深也称为压延，是钣金成形的基础性工艺。 拉深有多种形式。按零件的外形可分为筒形件、锥形件、半球形件、阶梯型件、盒形件和复杂形状零件拉深等等。而在各种拉深成形工艺中，圆筒形件拉深是最基本的拉深方法。故在本次大作业的研究中，我将借助有限元分析成形模拟软件ABAQUS, 就筒形件的拉深为例来实现对拉深成形过程的仿真模拟。并将该过程详细的记录下来，加深对课程知识的理解和掌握，提高自己动手解决工程问题的能力，形成具有借鉴和学习意义的作业报告。 二(研究目标 利用有限元分析软件ABAQUS模拟筒形件的拉深变形。研究起皱的条件和防皱的措施;找到破裂的危险截面的位置;探究改变凸凹模圆角半径、凸凹模间隙、压边力和板料相对厚度等条件对拉深性的影响。 三(研究内容 1.观察毛坯在拉深过程中的形状变化，分析其各主要位置的受力状态。 2.拉深变形起皱的情况，找到破裂的危险界面位置。 3.改变凸、凹模圆角半径、凸凹膜间隙、板料相对厚度、有无压边圈、弹性压边圈压边力、拉深变形速度、板料的材料观察改变不同的条件对拉深性的影响。 4.研究压边圈与板料的摩擦、凹模上表面与板料的摩擦、凸模圆角处与板料的摩擦、凹模圆角处与板料摩擦对拉深成形的影响。 四(研究方案 1.完成拉深过程的模拟，根据毛坯的变形情况和应力云图并结合已学过的应力应变知识完成研究内容第一项。 2.对比存在压边圈和不存在压边圈的拉深效果的区别并结合研究内容第三项来完成研究内容第二项。 3. 保持其他条件不变，改变凹模圆角半径、凸模圆角半径、凸凹膜间隙、板料相对厚度，观察改变不同的条件对拉深性的影响，并记录下研究结果来完成研究内容第四项。 4. 保持其他摩擦条件不变，单独改变压边圈与板料的摩擦、凹模上表面与 1 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 板料的摩擦等摩擦条件来探究摩擦对拉深成形的影响。 五(模拟之前的准备工作 1.通过查阅文献查得本模拟实验的材料深冲钢DC06的力学性能如下表: 表5-1:DC06材料属性 MpaMpa 抗拉强度/ 屈服强度/伸长率/% (力学)参数 数值 160 250 53 DC06极限拉深系数 m0.434,lim 2.拉深件的成品尺寸 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 : 高度;根据高度的值取修边余量; h=25mm,,2mm 当量高度; Hmm,，,,h27 中径尺寸;凸模圆角半径rmm,9。 dmm,41p 毛坯直径D的计算公式如下: 22Ddmm,,，,，,，,(d2r)4(Hr)2r(d2r)8r74.1, 取毛配直径为进行拉深。 74mm 故可以一次拉深成型。 m=41/740.554>m0.434,,lim 3.根据毛坯尺寸和成品的设计尺寸计算磨具和压边圈的尺寸参数如下: 其中，材料的参数和磨具板料的尺寸如下所示: 材料、磨具、参数的初始取值: 1)毛坯的尺寸:直径、厚度tmm,1;材料:深冲钢DC06; dmm,740 2)压边圈的尺寸:内径、外径;解析刚体; dmm,85dmm,42.512 lmm,50rmm,9dmm,403)凸模的尺寸:长度、圆角半径、直径; ppp 解析刚体; 4)凹模的尺寸:长度、圆角半径、内径、lmm,50rmm,10.5dmm,42.5ddd1 外径;解析刚体; dmm,85d2 Zmm,2.55)凸凹模之间的双边间隙值:; 6)采用弹性压边圈，最小压边集中力的数值计算公式: ，D,,s0bQKN,287=(D28t)Qdr,,,经过计算得; 00d1765t0 2 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 3,,0.37)弹性模量:;泊松比;密度:; EGPa,210,,7.85/cmg 在以上的各种计算结果中，凸凹模的圆角半径、内径均为实验室量得的实际数据;凹模的外径为通过毛坯的尺寸经过计算而得;压边圈和压边圈上的集中力是通过书本上的公式经过严格计算所得。 4.Abaqus的单位制: Abaqus没有统一的单位各单位之间只要达到统一即可 六(分析模拟过程 6.1制作模型 6.1.1启动软件，建立工程 图6-1:进入界面 6.1.2绘制零件 如下图所示依次建立各部件，下面以die的创建为例，展示模型的建立过程。 3 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图6-3:模型建立 1.2.1从工具栏的module列表中选择part项进入部件part模块，点击part-create来创建新的部件。Part的定义如下图所示: 1.2.2运用直线、圆角工具实现草图的绘制。 4 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图6-3:草图绘制 1.2.3绘制完草图后点击鼠标中键，旋转角度选择360?，完成die的特征生成。之后选择刚体参考点(刚体必须选择参考点)。 方法:tools---reference point---选择刚体上一点即可。 图6-4:旋转体设置 Revole direction用来控制旋转的方向。若想要更改草图，在左边的模型树下选择die一直到section sketch子单元，右击选择edit即可。更改完成后右击features选择regenerate更新模型。 图6-5:凹模旋转成形 5 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 本模型中拟建立的模型有四个:die(凹模)、punch(凸模)、blank(板料)、holder(压边圈)。其中die、punch、holder为离散刚体(discrete rigid)、blank为可变形体(deformable)。 图6-6:建立刚体参考点 不定义刚体的参考点程序运行时会报错。对刚体的操作实际上就是对参考点的操作，后面的定义边界条件时就是对参考点的约束，选择刚体的整体来约束即达不到想要的效果又会造成程序执行的冗余。 6.2.确定材料参数并定义和赋予截面属性 点击创建材料。在此模块下定义了材料四个属性如下:密度(density)、弹性(elastic)、塑性(plastic)、热膨胀率(expansion)。 本次模拟使用深冲钢DC06.此种材料的力学性能定义如下表所示: 1.Density、elastic、expansion的设定 表6-1:泊松比、杨氏模量、密度、热膨胀系数的取值 Mass density 7.85E-009 Poissons Ratio 0.3 Young’s Modulus 210000 Expansion 1.35E-005 ( 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 中的数据均为abaqus中设定的原始数据，此处没有考虑单位) 2.Plastic的设定 表6-2:DC06塑性应力应变值 Yield Stress 160 170 180 190 200 Plastic Strain 0 0.1699 0.3398 0.5097 0.6796 6 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 Yield Stress 210 220 230 240 250 Plastic Strain 0.8495 1.0195 1.1894 1.3593 1.53 (表格中的数据均为abaqus中设定的原始数据，此处没有考虑单位) 对于动力问题必须设置mass density。 图6-7:材料属性的赋值 6.3定义装配件 图6-8:装配体效果图 7 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 从工具栏的module列表中选择进入装配体模块。定义装配件时为了完成各part之间的顺利装配，在菜单下选择共轴约束为了正确地定义各part之间的上下相对位置应用了菜单下的工具。使用工具移动各装配部件完成装配。定义完成的装配体如上图所示: 6.4定义分析步和输出变量 6.4(1定义分析步 程序中定义了五个分析步(原则上只定义两个分析步即可，但通过查阅书籍了解到将分析步细化有利于计算过程的收敛，故将分析步定义为六步)。第一步实现压边圈压向板料，第二步实现凸模下行知道与板料接触。第二步以后继续凸模的下行实现板料的拉深过程，直到筒形件的拉深过程结束。 在分析步中可以选择生成自适应网格，自适应网格方法是指计算中，在某些变化较为剧烈的区域，如大变形、激波面、接触间断面和滑移面等，网格在迭代过程不断调节，将网格细化，做到网格点分布与物理解的耦合，从而提高解的精度和分辨率的一种技术。自适应网格希望在物理解变动较大的区域网格自动密集，而在物理解变化平缓区域网格相对稀疏，这样在保持计算高效率的同时得到高精度的解。具体的设置步骤如下: 选择点击创建自适应网格。 开始时，我使用自适应网格，但是在后处理的时候发现开始定义研究的集合在运行过程中会发生变化，不利于分析，故之后舍弃了这种方法。 表6-3:分析步的分配 第一分析第二分析第三分析第四分析第五分析步 第六分析步 步 步 步 步 0.1 0.1 0.25 0.25 0.25 0.25 6.4(2定义场输出和历程输出 在场输出变量field output中分别选择应力、应变、位移、力选项卡下面的若干项和厚度选项卡 下的(用于检测板厚的变化)。 8 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 6.5定义接触和摩擦 定义四个摩擦因数分别为0、0.1、0.25、0.35。 分别定义7对接触分别为:凸模圆柱外表面与板料上表面的接触(初始摩擦系数0)、凸模圆角外表面与板料上表面的接触(初始摩擦系数0.1)、凸模底外表面与板料上表面的接触(初始摩擦系数0)、凹模面与板料下表面的接触(初始摩擦系数0.1)、凹模圆角处与板料下表面的接触(初始摩擦系数0.1)、凹模内腔表面与板料下表面的接触(初始摩擦系数0)、压边圈下表面与板料上表面的接触(初始摩擦系数0.1)。 定义完成的凸模圆角外表面与板料上表面的接触效果图如下: 图6-9:定义接触 6.6施加载荷和边界条件 在弹性压边圈的模型中，程序中第二分析步将一集中力FKN,300(大于最小压边力)施加于压边圈上，实现防皱的效果。在第一个分析步内实现压边圈与板料的接触，第二个分析步中实现凸模与板料的接触，在剩下的分析步中实现凸模的下行，完成拉深成形过程。 第一分析步的速度是400mm/s、第二分析步的速度是500mm/s以后各步的速度是300mm/s。 边界条件:约束凹模的全部自由度将其固定;对于弹性压边圈放开其Y轴方向的移动自由度(必须定义刚体的转动惯量)，对于固定压边圈则固定其全部的自由度;凸模Y轴方向的移动自由度不限制，给它一个向下的速度使其下行;不 9 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 限制板料的任何自由度。 6.7网格划分 网格划分的粗细程度会影响最后的分析结果，网格过细会使运行的速度大大 降低，网格果粗达不到需要的精度。 网格的划分情况如下所示(以blank为例): 图6-10:设置网格属性 10 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图6-11:网格划分 Abaqus中必须对解析刚体划分网格。 在后来的实践中发现使用扫略网格会大大提高之后的后处理分析速度。故在之后的分析中部分采用了扫略网格。 6.8生成作业 完成各项设置之后点提交作业;点击实时监控job的执行情况;运行结束后点击查看运行之后的结果。 图6-12:提交作业 七(后处理数据图表分析 7.1观察毛坯在拉深过程中的形状变化，分析其各主要位置的受力状态 对变形过程进行分析并结合金属塑性成形理论知识可得出如下结论: 1)拉深过程中凸缘区材料不断拉入凹模型腔形成筒壁。凸缘区是拉深材料的主要变形区。凸缘材料的变形以压缩为主。 11 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 2)凸模圆角的材料在拉深一开始就受到凸模的冲压，在拉深过程中受到双向拉应力和一定的弯曲作用。 3)凹模圆角处材料受到径向拉深变形，同时产生塑性弯曲，进一步从凹模圆角区拉向筒壁时又要被较直，受到反向弯曲。 4)圆筒侧壁受轴向拉伸。 5)筒底部分的材料受平面拉伸作用，由于凸模圆角摩擦力的作用变形不大。 6)由筒形件的拉深成形模拟过程可以看出毛坯主要受到四个摩擦力的作用，凸缘材料与压边圈之间、凸缘材料与凹模面之间、凹模圆角区与凹模圆角之间和凸模圆角区材料与凸模圆角之间的摩擦。 毛坯在拉深过程中逐渐从圆形毛坯转变成了筒形件，变形结果如图7-1 图7-1:拉深成形效果图 应力云图如下图所示: 12 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-2:拉深成形过程图 7.2拉深变形起皱的情况，找到破裂的危险界面位置 对于破裂的危险界面的探究根据模拟结果我认为应该分成两种情况来进行讨论: 1)凸缘部分材料面积较小时，模拟结果的应力云图如图7-2所示 最大应力部位发生在凹模圆角处，凸缘部分的材料由凸缘区流入凹模圆角时在凹模圆角处发生弯曲和反弯曲变形使该处的应力增大，又由于凸缘部分的材料面积较小，板料所受的凹模面的摩擦较小，板料能较容易地流入凹模型腔形成筒壁，所以最大应力的部位发生在凹模圆角处。 2)凸缘部分材料面积较大时，模拟结果的应力云图如图7-3所示 最大应力部位发生在凸模圆角处，在凸模下行的过程中板料首先与凸模圆角发生接触，受到凸模的顶压和弯曲变形的影响厚度有一定的减薄，在拉深的过程中进一步收到双向拉深，厚度又有所减薄。又由于凸缘部分的材料面积较大，板料所受的凹模面的摩擦较大，板料能较难流入凹模型腔形成筒壁，通过凸模圆角传递的拉深力增大，所以最大应力的部位发生在凹模圆角处。由应力与应变的关系可知此处的也应变较大容易发生破坏。 13 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-2:凸缘面积小时最大应力处 图7-3:凸缘面积大时最大应力处 经测量图7-2凹模圆角处材料减薄0.19mm,凸模圆角处减薄0.12mm。图7-3凹模圆角处材料减薄0.11mm,凸模圆角处减薄0.23mm。由此可以验证以上的两条结论的正确性。 再者当凸模圆角或凹模圆角较大时，板料也容易起內皱。 14 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 凹模圆角较大时的情况如下:(凹模圆角半径为9mm、板料相对厚度为1/74) 图7-4:凹模圆角较大起皱图 凸模圆角较大时的情况如下: 图7-5:凸模圆角较大起皱图 使凸凹模的圆角半径限制在合理的范围内时可以限制起皱。 加大板料的相对厚度也可以防止起皱。下图为凹模圆角半径为9mm/板料相对厚 15 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 度为3/74时的情况，可以看出起皱的情况得到缓解。 图7-6:加大板料厚度变形图 所以为了防止起皱可以选择板料的相对厚度大的材料(在允许的情况下) 压边力对起皱的影响在后边会单独讨论，此处不再赘述。 7.3材料、磨具几何尺寸、压边力等参数对拉深成形能力的影响 在研究多个要素对结果的影响时常常采用控制因素(变量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决。在问题3的研究中，使用控制变量法，保证在其他影响因素不变的条件下对某一单一要素的取值情况进行调整，研究其对拉深变形的影响状况。但是在选择要研究的单元体时存在一定的困难，原因在于采用手工选择的方法精度不高，不能保证每次的选择都完全精确的显示在同一个单元上，误差较大。通过查阅书籍，我采用了如下的方法对单元进行研究:显示各单元的编号，通过对比相同编号的单元应力状况，分析凸模圆角处的应力变化状态，得到相应的规律。 显示单元编号的方法:在visualization板块选择选项下的 选项，选择其下四个选项卡中的选项卡然后再选中然后单击。 设置完的板料变化如图7-7: 16 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 (其中板料上方的蓝色的类似圆圈的物体就是单元的编号) 图7-7:显示网格编号 7.3.1凹模圆角半径的大小对拉深成形的影响 选取节点417，输出其在、、下的应力应变曲线。 r,5r,9r,13ddd 图7-8:应力图 17 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-9:应变图 表7-1:最大应力与等效应变 凹模圆角半径大小(mm) 最大应力 等效应变 208.777(节点417) 950.905E-03 5 197.321(节点564) 663.885E-03 9 193.41(节点120) 567.641E-03 13 18 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-10:凸模圆角过大起皱图 不难看出在凸模与板料接触时节点417所受的应力急剧增大，达到一定程度以后缓慢变化。在应变曲线中的最大应变远大于和时，且后两r,5r,9r,13ddd 者的最大应变相差不大。随着凹模圆角半径的增大，最大应力应变呈下降的趋势。 所以可以的出结论凹模圆角半径越大对拉深成形越有利。当圆角半径过大时板料悬空部分太多容易起內皱。 7.3.2凸模圆角半径的大小对拉深成形的影响 表7-2:最大应力与等效应变 凸模圆角半径大小(mm) 最大应力 等效应变 200.96(节点149) 741.671E-03 5 199.41(节点3) 717.631E-03 9 200.595(节点572) 732.921E-03 13 选取节点149，输出其在、、下的应力应变曲线。 r,5r,9r,13ddd 图7-11:应力图 19 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-12:最大应力变化图 图7-13:应变图 由上图可以知随着凸模圆角半径的增大，板料上的最大应力变化不大所以可以认为在凸模圆角半径在513mmmm,的范围内其大小对拉深性的影响不明显。 此处得出的结论与理论上不符，于是又补充了和的模拟实验，r,3r,15dd 模拟实验的应力结果下图所示: 从中仍然看出凸模尺寸增大，应力的变化范围还是不明显。结果还是与理论上有出入。通过查阅书籍发现我取的凸模圆角半径的值都在对应于板厚1mm的合理范围内，故可的出结论在凸模圆角半径在对应板厚的合理范围内时，凸模圆角半径的大小对板料的拉深性没有太大的影响。 20 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-14:应变图 7.3.3凸凹模间隙对拉深成形的影响 使用工具建立通过原点的坐标参考面，再使用partition对板料进行拆分操作，这样划分网格的时候可以在参考平面的两侧建立均匀的网格，方便拾取点来对不同位置的直径进行测量。 21 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-15:剖分图 网格划分之后的效果图 图7-16:剖分后网格划分图 模型跑完之后的效果图(正对的是所建立的参考面附近的网格) 图7-17:剖分后模型运行结果 22 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-18:C=3时轻微起皱图 在略低于零件口部的位置出现了轻微的內皱现象 表7-3:最大应力与等效应变 凸凹模间隙C 最大应力 零件底部直径 零件中部直径 零件口部直径 0.80mm 232.425 40(0320 41(1843 41(4854 1.00 215.958 41(9988 41(9578 41(6707 1.25mm 199.41 42(4715 42(1350 41(6065 1.50mm 196.64 42(6445 42(1298 41(6337 图7-19:零件各部分直径与凸凹模间隙的关系图 23 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 由以上两个图可以看出最大屈服应力随着凸凹模间隙的增大而减小，原因是随着凸凹模间隙的增大，凸凹模侧壁对板料的挤压作用相应减小，最大屈服应力降低。凸凹模间隙为0.8时，间隙小于板料的厚度，板料拉深过程中会发生变薄现象，在侧壁会发生应力集中。间隙过大易起皱。 在凸凹模的间隙小于板料的厚度时，在凹模圆角处及以下部分发生减薄现象使零件的锥度增大。在凸凹模的间隙大于板料的厚度时，随着间隙值的增大，零件的外形尺寸变化的越来越大，锥度呈现逐渐增大的趋势。 由零件各部分直径与凸凹模间隙的关系图可以直观的看出，当凸凹模间隙等于毛料的板厚时，零件的锥度最小。 下图为各间隙值时零件的外形轮廓的对比: c,0.80 c,1.25 c,1.00c,1.50 图7-20:不同间隙变形对比图 7.3.4有无压边圈对拉深成形的影响 在设定的板料和磨具尺寸的条件下去掉压边圈将会事板料形成不能去除的死皱，且在褶皱处产生应力集中的现象。起皱情况如下图所示: 24 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-21:无压边圈起皱图 7.3.5改变拉深的材料对拉深成形的影响 网上难以搜到深冲钢DC06和2324T351的屈服应力与塑性应变等塑性指标，但是找到了2324T351的屈服轨迹和DC06的抗拉强度和屈服极限的值。采用如下的方法近似求出2324T351和DC06的塑性指标。 1.根据2324T351的屈服轨迹在matlab中取一系列点模拟其塑性指标，模拟的曲线结果如下图所示，模拟结果与实际结果相类似。 图7-22:2324T2351真实应力应变曲线 25 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 2.根据深冲钢的弹性模量、抗拉强度、屈服极限和断后延伸率模拟其屈服轨迹。近似用直线代替深冲钢屈服轨迹中的屈服阶段。在模拟的直线段上取10个点来近似的代替其塑性指标。 图7-23:DC06真实应力应变曲线 表7-4:最大应力与等效应变 拉深材料 最大应力 等效应变 638.702E-03DC06(深冲钢) 196.64(节点572) 920.648(节点85) 569.68E-03 45号钢 535.53(节点632) 654.799E-03 2324T351 26 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-24:应变图 图7-25:应力图 由图可以看出加载过程相同，不同材料同一个单元的应变状态没有多大的差异。但是就应力水平来说DC06的性能高于2324T351的性能高于45号钢的性能。原因是DC06的屈服极限远小于2324T351的屈服极限而2324T351的屈服极限又远小于45号钢的屈服极限。在同样的加载条件下，DC06能以很快的速度进入屈服阶段其次是2324T351故应力水平呈现为图示的状态。 7.3.6拉深变形速度对拉深成形的影响 27 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-26:应变图 图7-27:应力图 表7-5:最大应力与等效应变 拉深变形的速度 最大主应力 等效应变 196.945(节点631) 635.275E-03 300mm/s 198.724(节点625) 657.921E-03 500mm/s 196.289(节点612) 619.986E-03 800mm/s 由上面的表格可以看出三种加载速度所得的最大应力和等效应变差别甚微且达到最大应力的节点彼此之间相互靠近。在这种意义上来讲加载速度对拉深过程的影响不大。但就上边的应力应变图来说，他们达到最大应力和应变的时间却不相同。也就是说如果加载速度增大到凸缘材料不能及时流入凹模型腔的水平，那么在凸模下行的过程中板料就会通过减薄来实现筒壁的增长，这样对拉深过程是不利的。所以加载速度应该控制在合理的水平。 7.3.7板料相对厚度对成形结果的影响 图7-28:应变图 28 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-29:应力图 表7-6:最大应力与等效应变 板料相对厚度 最大应力 等效应变 203.727(节点498) 742.92E-03 1/74 197.797(节点42) 713.772E-03 2/74 192.81(节点1976) 595.194E-03 3/74 由以上可知板料的相对厚度越大，板料的拉深性能越好。最大主应力和等效 应变越小。 7.3.8压边力的大小对成形结果的影响 29 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-30:应变图 图7-31:应力图 由表中数据和应力应变图像可以看出压边力越大，最大应力和等效应变越大。原因是压边力越大引起的压边圈和板料之间和凹模面与板料之间的摩擦力越大，结果使筒壁承受更大的拉应力。由应力图还可以看出在加载的初始阶段不同压边力的应力曲线相互重合。原因是开始时压住板料所需的力较小，三种压边力均够用，而在加载的末尾阶段板料所需的压边力越来越大，小的压边力渐渐不能够满足要求，渐渐出现差别。 30 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 图7-32:采用弹性压边圈起皱图 另外压边力越大起皱的程度越小，但压边力过大会导致凸缘材料被压死 如以下三幅图所示: 压边力300KN图7-33: 压边力650KN图7-34: 31 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 压边力1000KN图7-35: 通过以上的结果演示可以得到如下的结论: 压边力的大小对拉深成形时的起皱现象有显著的影响。 压边力应该适当大小，但最小不能小于最小压边力，最大也应该有限制(保证凸缘材料顺利流入凹模型腔) 7.3.9改变壳单元高斯积分点的数模对成形结果的影响 表7-7:最大应力与应变 高斯积分点数目 最大应力 等效应变 236.916(节点445) 1.30691(445) 5 236.916(节点445) 1.30691(445) 7 236.916(节点445) 1.30691(445) 9 236.916(节点445) 1.30691(445) 11 由上表可知，将拉深变形板料的高斯积分点从5依次增加到7、9、11计算的最大应力和等效应变没有变化。因此，对于拉深成形来讲，将高斯积分点设置成5个就足以达到足够的计算精度。 7.3.10回弹的探究 表7-8:回弹前后的尺寸对比 尺寸 零件底部直径 零件中部直径 零件口部直径 5 40(0320 41(1843 41(4854 11 40(0418 41(2578 41(6707 由上表格可以看出，零件的口部回弹量最大，而零件底部由于与凸模接触的时间较长，回弹量较少。 32 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 7.4主要四部分的摩擦对拉深成形效果的影响 各部分的摩擦条件对拉深成形的影响 拉深成形过程中摩擦系数的初始设定值: 表7-9:各部分摩擦值的设定 板料与凹模圆角处的接触摩擦系数 0.1 板料与凸模圆角处的接触摩擦系数 0.1 板料与压边圈接触处的接触摩擦系数 0.1 板料与凹模上表面接触处的接触摩擦系数 0.1 板料与凹模内腔的接触摩擦系数 0 板料与凸模外圆柱面的接触摩擦系数 0 板料与凸模底面的接触摩擦系数 0 7.4.1改变板料与凹模圆角处的接触摩擦系数对拉深成形的影响: 前三种摩擦与材料的流动方向相反，阻碍材料向凹模型腔流动，增加了筒壁承受拉应力的负担，对拉深不利。凸模圆角处的材料受拉有向外流动的趋势，摩擦力指向内，这部分摩擦力对拉深有利，一方面可以减缓凸模圆角区材料的变薄，另一方面可以抵消一部分筒壁拉应力。 下图为摩擦系数为0、0.1、0.25时应变曲线。由此曲线可知凹模圆角处的摩擦力越大应变值越大即对拉深越不利，故应该想办法减小凹模圆角处的摩擦。 图7-36:应变图 下图为摩擦系数为0、0.1、0.25、0.35时应变曲线。由此曲线可看出当摩擦系数为0.35时节点1204的应变值远大于摩擦系数为0、0.1、0.25时的应变值。原因是凹模圆角处的摩擦力过大导致在凸缘区的材料向凹模型腔流动时被卡 33 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 死，筒底部分的材料通过减薄而被单方面拉长，使网格过度变形。严重时会导致材料被拉裂。故应尽量减小凹模圆角处的摩擦力 图7-37:应变图 图7-38:应力图 表7-10:最大应力与等效应变 34 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 摩擦系数 最大屈服应力 等效应变 183.5(502) 703.477E-03 0 197.221(32) 711.426E-03 0.1 200.661(100) 732.329E-03 0.25 250(1337) 3.05131 0.35 由应力曲线可以看出当时间增长到一定程度后摩擦系数为0.35的曲线反而呈现下降的趋势。原因是筒底部分的材料过分变形导致应力应变的规律超出了胡克定律的范围呈现非线性的缘故。 7.4.2改变板料与凸模圆角处的接触摩擦系数对拉深成形的影响: 图7-39:应力图 图7-40:应变图 35 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 表7-11:最大应力与等效应变 摩擦系数 最大屈服应力 等效应变 0 202.749(42) 737.844E-03 0.1 201.255(451) 730.256 E-03 0.25 200.743(572) 723.875E-03 0.35 200.24(110) 698.594E-03 由表中的数据和应力应变图可以看出，凸模圆角处的摩擦对拉深是有利的。 7.4.3改变板料与压边圈接触处的接触摩擦系数对拉深成形的影响: 图7-41:应变图 图7-42:应力图 36 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 表7-12:最大应力与等效应变 摩擦系数 最大屈服应力 等效应变 0 204.227(483) 773.388E-03 0.1 202.235(568) 752.325 E-03 0.25 200.875(557) 738.509E-03 0.35 200.462(616) 713.206E-03 从表中数据和应力应变图中可以看出，压边圈与板料之间的摩擦系数越小同一节点的应力应变数值越小，及拉深性越好。 7.4.4改变板料与凹模上表面接触处的接触摩擦系数对拉深成形的影响: 图7-43:应变图 图7-44:应力图 37 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 表7-13:最大应力与等效应变 摩擦系数 最大屈服应力 等效应变 0 201.326(503) 748.709E-03 0.1 197.221(32) 711.426E-03 0.25 201.807(509) 737.633E-03 0.35 199.193(149) 741.354E-03 由表中数据和应力应变图看不出凹模面对板料的摩擦与拉深性的明确关系，但是凹模面对板料的摩擦对材料流入凹模型腔起阻碍的作用，很明显是不利的。 八(工艺参数对成形结果的影响规律 改变各参数对拉深性的影响: 拉深性是指材料对拉深成形的适应能力，通常指不发生断裂的最大可能性。影响拉深性的主要因素通常有板料的相对厚度、凸模圆角半径r、凹模圆t/Dp00 角半径、凸凹模间隙等方面。通过对后处理结果的分析并结合所学的有关拉深rd 的知识可以得出以下规律: 1.板料的相对厚度越大，拉深性越好。因为相对厚度大时凸缘材料抗压失稳刚度大，不易失稳起皱，提高了拉深性能。 2.凸模圆角是拉深时断裂的位置所在，凸模圆角半径r的值对拉深性有着显p 著的影响。当r较小时，凸模圆角处材料变形大，板厚减薄严重，使危险断面强p 度降低。当r较大时，凸模与板料的接触面积减小，接触压力增大，双向拉应力p r引起筒底板料在大范围内减薄，使拉深性降低。另外，当值较大时，凸模与凹p r模之间悬空部分材料增多，容易引起內皱。生产中，的值一般在下式给定的范p 46/1015,,rt围内选择:。 p0 3.拉深过程中，凸缘材料流入凹模型腔时，在凹模圆角处的弯曲和反弯曲变形以及摩擦均会增加筒壁拉应力。因此，凹模圆角半径对拉深性有显著的影响。 过小，会使拉深力增大，影响磨具寿命。一般来说，较大的对拉深性是有利rrdd 的。但过大的会减小压边面积，在拉深后期，毛坯外缘过早地 压边圈，容易rd 起皱;同时因凸模和凹模之间的材料悬空部分过大而招致內皱。一般的取值范rd 38 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 围如下式所示:。当板料的厚度较大时取下限;反之，当板68/1015,,rtd0 料的厚度较小时取上限。 4.凸缘材料收缩进入凸模和凹模之间形成筒壁是拉深的变形特征。凸、凹模之间的间隙对拉深力、零件质量、磨具寿命等都有影响。间隙过小，凸模和凹模对筒壁的挤压和摩擦会加重危险断面的负担，导致零件变薄严重，甚至拉裂。间隙过大，易起皱，零件有锥度，回弹增大，影响拉深件的外形准确度。一般，单边间隙取值为:。 ct,(1.11.25)0 九(与其他计算方法的比较 李海峰老师利用Dynaform软件对拉深过程中板料的厚度问题进行了深入的研究。 Dynaform可以生成厚度云图而Abaqus不可以，故此次模拟在厚度分析的反面略显不足，但也对重要部位的厚度问题进行了测量。 本次实验结果除了凸模圆角和凹模圆角处的摩擦对拉深成形的影响与理论贴合不紧密外，其他方面均与理论实际贴合良好，总体上来说有很好的借鉴意义。 十(学习总结 学习感想:本次模拟我的选题是筒形件的拉深成型。在本次使用abaqus进行有限元仿真的过程中，我可以说是基本上掌握了abaqus的动力、显式的建模方法。可以应用abaqus进行一些简单的模拟仿真过程。本学期开的专业课《飞机钣金成型工艺学》的第五章恰好是讲解拉深成型，通过模拟仿真和结果的后处理我加深了对拉深成型过程的理解，找到了拉深性的影响因素和拉深与冲压的区别，获益匪浅。 在开始做金属塑性成型原理时，总是感觉老师的要求比较严格，认为自己没有能力做到符合老师的要求。但是我通过自己的努力将成形结果模拟了出来，证明了自己其实还是有能力独立完成一项工作任务的。另外，严师出高徒这句话流传了前年不是没有道理的。 十一.参考文献 [1]彭广威，圆筒拉深件形状与厚度变化数值模拟分析，锻压技术，2013(10)，第38卷，第五期:1-4; [2]李海峰、赵晓平，圆筒件冷拉深成形工艺分析及数值模拟，冲压; [3]姜雷、陈君若、沈选举、孙东明，圆筒形零件拉深压边力的数值模拟，昆明:昆明理工大学，2004，第31卷，第五期:1-3; [4]陈钰、胡军、赵运磊，基于abaqus的摩擦对拉深磨具的影响研究，机 39 [金属塑性成形原理 大作业报告] 2014年5月16日 械设计与制造，2013(6)，第六期:1-3 [5]何大军、王孝培，薄壁拉深筒形件起皱失稳分析，锻压机械，重庆大学，2001(6):1-2; [6]张文瑞，DC06钢极限拉深系数的测定，锻压技术，上海，2014(2)第9卷，第二期:1-5; [7]张志远、赵升吨，筒形件拉深失稳及各因素影响分析，机械工程学报，西安，2007(3)，第43卷，第三期:1-6; [8]有亮，筒形件拉深起皱的有限元数值模拟及控制的研究，2009(6):31-45; 40