薄壁零件冲压模具设计及成形过程模拟分析

论文摘要

模具工业是国民经济的基础工业,是国际上公认的关键工业。模具成形具有效率高、质量好、节省原材料、产品成本低等优点,采用模具制造产品零件已成为当今工业生产的重要工艺手段。近年来,有限元仿真方法的引入在很大程度上提高了模具的设计能力,它对缩短周期、减少试冲次数、降低产品成本具有重大意义。论文介绍了近年来国内外模具方面的研究现状和发展动态、金属薄板冲压成形仿真和回弹的发展和现状,并对应用研究中的一些关键技术问题进行了深入研究。以国内某军工企业的薄壁零件为研究对象,零件形状复杂,在其拉深成形过程中常伴有褶皱现象的出现。根据零件的结构特点以及模具设计的基本理论,设计一套冲压拉深模具,解决成形过程中的褶皱现象。根据模具的结构特点,在CATIA软件中建立了包括板料、凸模、凹模、压件板以及压边圈在内的三维模型；以有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA为研究手段,通过数值模拟的方法,研究了薄壁零件的拉深成形和回弹过程。通过对薄壁零件拉深成形和回弹过程的模拟,得出了拉深成形过程中的等效应力场、等效应变场以及板料厚度的变化情况,对不同摩擦系数和不同成形速度下的成形结果、成形力以及能量情况进行了对比分析；对不同材料和不同成形速度下的回弹结果进行了分析。模拟结果表明,文中所设计的模具结构很好地解决了薄壁零件褶皱现象的出现。通过对拉深成形后的回弹模拟,模拟结果得出了回弹的部位和回弹量,这样,在实际生产模具时就可以提前进行补偿,应用在生产实际中效果较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外模具方面的研究现状及发展动态
• 1.2.1 成形材料、模具材料和模具结构的进展
• 1.2.2 先进制造技术在模具工业中的应用
• 1.2.3 模具CAD/CAM/CAE技术发展趋势
• 1.3 薄板冲压成形有限元数值模拟的研究概况
• 1.3.1 国内外的研究背景
• 1.3.2 应用现状
• 1.4 有限元模拟软件的介绍
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 模具设计及三维造型
• 2.1 零件工艺分析
• 2.1.1 零件工艺特征
• 2.1.2 工艺难点分析
• 2.2 冲压工艺方案的选定
• 2.3 拉深方向的确定
• 2.4 毛坯尺寸计算
• 2.4.1 FASTBLANK软件的介绍
• 2.4.2 利用FASTBLANK进行零件展开
• 2.4.3 修正的毛坯零件
• 2.5 模具主要部件的结构设计及三维造型
• 2.5.1 凸模和压边圈的设计
• 2.5.2 凹模和压件板的设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 薄板冲压成形及有限元分析理论基础
• 3.1 引言
• 3.2 金属薄板冲压成形原理
• 3.2.1 冲压过程的力学分析
• 3.3 大变形问题的弹塑性有限元法
• 3.3.1 物质描述
• 3.3.2 大变形增量问题的T.L.方法和U.L.方法
• 3.3.3 屈服准则
• 3.3.4 大变形弹塑性本构方程
• 3.4 动力显式分析方法
• 3.4.1 显式时间积分与时步控制
• 3.4.2 显式壳单元
• 3.4.3 接触和摩擦处理
• 3.4.4 质量缩放
• 3.4.5 沙漏状态
• 3.5 本章小结
• 第4章 金属薄板冲压成形的有限元仿真
• 4.1 冲压成形的特点
• 4.2 冲压成形的非线性问题
• 4.3 冲压成形的仿真分析
• 4.3.1 装配图的导入
• 4.3.2 有限元模型生成
• 4.3.3 接触和摩擦的定义
• 4.3.4 边界条件的处理
• 4.4 冲压成形的仿真结果分析
• 4.4.1 等效应变分布
• 4.4.2 等效应力分布
• 4.4.3 板料厚度变化
• 4.4.4 摩擦对成形结果的影响
• 4.4.5 成形速度对成形结果的影响
• 4.4.6 冲压成形力分析
• 4.4.7 能量问题
• 4.4.8 本章小结
• 第5章 零件的回弹分析
• 5.1 前言
• 5.2 薄板冲压回弹研究进展
• 5.2.1 解析及有限元模拟研究
• 5.2.2 试验研究
• 5.3 薄板冲压回弹模拟的计算过程
• 5.3.1 无缝方式（Seamless）
• 5.3.2 dynain文件方式
• 5.3.3 网格粗化
• 5.4 薄板冲压回弹分析
• 5.4.1 材料对回弹的影响
• 5.4.2 不同成形速度作用下的回弹分析
• 5.5 回弹模拟结果和实际生产结果的比较分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢