超薄板材拉深成形的数值模拟分析

论文摘要

板材冲压成形是金属板材成形的重要方式之一,在制造行业占据极其重要的位置。它借助预先制造好的模具或者其他设备获得所需的工件形状。该加工方法具有材料利用率高、加工成本低、性能好以及效率高等优点。但是随着CAD/CAM/CAE技术的高速发展,产品呈现更新速度快、制造周期短、生产成本低的特点,这种成形方式逐渐显露出一些缺陷,例如试模和修模的时间在整个模具周期中时间比重相对较大。本文在研究板材传统成形工序的基础上,利用有限元数值模拟技术对超薄板材进行拉深成形数值模拟分析,全面了解板材成形后的应变以及厚度变化,并对板坯在拉深后的起皱与拉裂等成形缺陷进行预测。模拟分析出了工艺参数与材料力学参数等对成形结果的影响,并得到了最优的成形工艺参数,为制定超薄板材冲压成形工艺方案提供了依据和方法,缩短了模具设计制造周期且提高了模具质量。第一章在分析冲压成形以及数值模拟技术相关研究现状的基础上,指出了本课题研究的意义以及应用到的关键技术和存在的若干难点问题,进而提出了本文研究的主要内容。第二章对数值模拟模拟计算的基础理论进行了探讨,在此基础上,对动力显式算法以及静力隐式算法进行了推理,指出了两种算法的优劣势以及使用对象。对网格单元以及材料模型进行了深入的分析和研究,指出了选择的方法,为改善研究奠定了良好的基础。第三章利用现有条件,对材料力学性能参数进行了测量,并对得到的数据进行了处理计算,得到了参数的值,并对各参数的意义以及使用情况进行了探讨,为模拟分析奠定了基础。第四章对超薄板材拉深所应用的拉深模具进行了设计,并对压边力等主要工艺参数对进行了研究,得到了模具的装配图。其中计算得到的毛坯尺寸大小以及拉深力和压边力大小都是作为与数值模拟结果比较的对象。第五章对工件拉深成形过程进行了数值模拟计算,对Dynaform应用到超薄板材拉深领域应注意的关键步骤进行了研究,并对详细的求解过程进行演示说明。本章还对能够影响到拉深成形模拟结果的一些因素进行了研究,通过这些研究结果得到了一些规律和结论,为以后进行其他超薄板材拉深成形的数值模拟工作提供了依据。第六章对全文的研究工作进行了总结,指出了本课题的创新之处以及取得的成果,并对未来一些尚待研究的问题和方向进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外板材冲压成形的数值模拟技术的研究发展状况
• 1.3.1 国外板材冲压成形数值模拟技术的研究发展状况
• 1.3.2 国内板材冲压成形数值模拟技术的研究发展状况
• 1.4 本文中应用的关键技术及拉深成形模拟过程中的问题
• 1.5 本章小结
• 第二章 数值模拟技术的理论基础
• 2.1 数值模拟求解的关键算法
• 2.1.1 动力显式算法
• 2.1.2 静力隐式算法
• 2.2 数值模拟中的单元类型及选择
• 2.3 数值模拟中应用的材料模型
• 2.4 DYNAFORM 软件的介绍
• 2.5 本章小结
• 第三章 超薄板材力学性能参数的测定
• 3.1 材料密度的测定
• 3.2 板材拉伸试验
• 3.2.1 试样的制作
• 3.2.2 试样拉伸试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 拉深模具的设计
• 4.1 工件成形工艺分析
• 4.2 毛坯尺寸估算
• 4.3 力的计算
• 4.3.1 压边力
• 4.3.2 拉深力
• 4.4 压料装置的选取
• 4.5 凸凹模圆角半径
• 4.6 模具装配图
• 4.7 本章小结
• 第五章 数值模拟试验以及结果分析
• 5.1 板材拉深数值模拟过程
• 5.1.1 数据模型的导入
• 5.1.2 毛坯板材尺寸的估算
• 5.1.3 工具的定义以及网格划分
• 5.1.4 成形参数的设置
• 5.1.5 提交运算
• 5.1.6 后置处理分析
• 5.2 各因素对成形结果的影响
• 5.2.1 弹性模量对板材拉深数值模拟结果的影响
• 5.2.2 泊松比对板材拉深数值模拟结果的影响
• 5.2.3 摩擦因数对拉深成形模拟结果的影响
• 5.2.4 虚拟冲压速度对超薄板材拉深数值模拟结果的影响
• 5.2.5 闭合间隙对拉深成形数值模拟结果的影响
• 5.2.6 压边力对板材拉深数值模拟结果的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的成果