1、 本科毕业设计 ( 论文 ) 读书报告（读书笔记） 学 院： 机械与控制工程学院 课 题 名 称 ： 复杂阶梯形圆筒件拉深有限元分析 专业 (方向 )： 机械设计制造及其自动化（模具设计与制造） 班 级： 学 生： 指 导 教 师 ： 日 期： 读书笔记一 Dynaform 简介及发展现状 1 DYNAFORM 数值模拟软件 板材成型有限元分析技术起源于 20 世纪 7O 年代初期，在近 20 年内得到了迅速发展。由于其高效的计算功能使得应用范围不断扩大，已经于分析复杂板 材冲压过程。这一技术既可以应用于模具设计阶段，也可以应用于分析和解决实际生产中出现的产品质量问题。目前，板料成型数值模拟技
2、术逐渐走向成熟，已成为商业化的板料分析CAE 软件，得到了许多工业部门的重视和应用。美国的通用、福特，德国的大众、奔驰，日本的本田、日产等大型汽车制造公司，都已经开始应用板料成型分析 CAE 软件来指导板料成型件的开发和生产，产生了很好的经济效益。 DYNAFORM 软件是美国 ETA 公司和 LSTC 公司联合开发的用于板料成型过程模拟仿真的专用软件。它集成了 DYNAFORM软件本身功能强大的前处理功能 和 ETA Post后处理软件，以及 LSTC公司开发的有限元动力显示求解器 960 和 970。目前， DYNAFORM 软件已在我国长安汽车、南京汽车、上海宝钢、上海大众等知名企业中得
3、到成功应用 。 DYNAFORM软件能够对整个模具开发过程进行模拟，从而大大减少模具的调试时间和降低生产高质量覆盖件和冲压件的成本，并且能够有效模拟模具成型过程中 4 个主要工艺：压边、拉伸、回弹和多工步成型。同时，还可以较好地预测成型过程中板料的破裂、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成型性能，从而为板料成型工艺及模具提供帮助。 2 应用 ETA软件的一般步骤 ETA 软件系统结构主要包含三大部分：前处理模块、提交求解器进行求解计算的分析模块以及后置处理模块。前置处理模块主要完成典型冲压成形 CAE 分析 FEM 模型的生成与输入文件的准备工作，求解器进行相应的有限元分析计算，求解器计算出的
4、结果由后处理模块进行处理，协助专业技术人员进行模具设计及工艺控制研究。 运用 ETA 软件进行板料冲压成形分析，一般分为五个步骤：（ 1）建立 CAE 分析的几何模型；（ 2）进行 CAE 分析的前置处理；（ 3）进行板料冲压成形模拟和回弹模拟；（ 4）进行 CAE 分析的后置处理；（ 5） 进行模具设计及工艺评估。 3 小结 在现有的经验基础上，借助有限元分析软件数值模拟冲压过程，可以为设计合理的拉深件提供参考，不仅可以获得理想的拉深件，也节省了大量的工作时间，缩短产品的开发周期。 参考文献 1 林康 ,周永新 ,王丽 ,等 .基于 Dynaform 软件模拟分析的级进模工艺切口设计 J.轻
5、工机械 ,2008,26（ 6） :48-50. 2 龚红英 .板料冲压成形 CAE 实用教程 M.化学工业出版社出版社 ,2010. 读书笔记二 成形参数对成形性能的影响 1 压边力对成形性能的影响 压边力在板料拉深成形过程中影响很大，合理的压边力能够有效防止板料在拉深过程中的起皱、破裂。为了寻求合适的压边力，运用固定变量法，保持其他参数不变，只改变压边力，观察成形极限图与厚度变化图得出：压边力过小时，毛坯流入凸模内过多，而在毛坯法兰处产生严重褶皱现象；压边力合适时，法兰处起皱已经得到很大程度上的缓解，侧壁区非常平滑，成形的质量好；压边力过大时，侧壁破裂。 2 凹模圆角半径对成形性能的影响
6、凹模圆角半径影响板料拉深成形过程中的起皱和破裂，为了寻求合适的凹模圆角半径，选择合适的压 边力，控制其他参数不变，改变凹模圆角半径。凹模圆角半径过小时，凸模圆角处发生严重破裂现象， 说明材料不能充分在凹模型腔内流动； 凹模圆角半径变大时，法兰变形区没有等值线，说明法兰变形区沿 X 向位移趋于零，没有产生起皱现象，侧壁区等值线非常平滑，成形的质量较好。 3 凸模圆角半径对成形性能的影响 凸模圆角半径影响板料拉深成形过程中在法兰处的起皱和破裂，为了寻求合适的凸模圆角半径，选取合适的压边力与凹模圆角半径，通过改变凸模圆角半径，观察其对成形性能的影响。凸模圆角半径过小时，凸模圆角处首先发生破裂现象，说
7、明 凸模圆角处材料的流动受到抑制；凸模圆角变大时，法兰变形区没有等值线，说明法兰变形区沿 X 向位移趋于零，没有产生起皱现象，侧壁区等值线非常平滑，成形的质量较好。 4 小结 利用 Dynaform 对汽车油箱一次拉深成形过程进行有限元分析，比较不同压边力、凹模圆角半径、凸模圆角半径等因素对其一次拉深成形的影响，得出以下结论： 1) 压边力在 500 700kN 之间时，工件的成形质量较好。压边力较小时易发生起皱， 过大易发生破裂。 2) 凹模圆角半径在 4 6mm 时， 成形件质量较好。半径过小时，凸模圆角处发生严 重破裂，说明材料不能充分在凹模型腔内流动。 3) 凸模圆角半径在 4 6mm
8、 时， 法兰变形区没有等值线， 说明法兰变形区沿X 向位移趋于零，没有产生起皱现象；侧壁区等值线非常平滑，成形的质量较好。 参考文献 1 陆广华 ,秦俊 ,丁益 ,张跃 ,钱新星 .汽车油箱冲压成形有限元分析与研究 J.金属铸锻焊技术 ,2012,41(23):94-96. 读书笔记三 基于 Dynaform 拉深模具改进 1 曲面拉深件存在的问题 曲面拉伸件的拉深不同于圆筒件的地方在 于 , 曲面类零件拉伸存在悬空区（即位于凸模顶端外沿到凹模口之间的坯料部分），这部分的坯料不直接受模具力的作用，即要变形 , 又要传递拉力 , 故易产生内皱。消除内皱的方法有 :增大此区的拉应力；选用特殊压边圈
9、压住起皱部位。增大拉应力的措施如加大压边力等能消除内皱 , 但过大拉应力会造成材料破裂。本文采用第 2 种方法来解决工程问题。 DYNAFORM 是美国公司开发的专门用于板料成形模拟的专用软件包。它集成了 LY-DYNA 的强大分析能力和自身强大的流线型前后处理能力 , 可以方便地求解各类板料成形问题。如预测成形过中板料 的破裂 ,起皱和回弹等。 2 水壶模具结构与改进方法 不锈钢水壶壁厚为 0.8 mm。拉伸深度较深 , 侧壁为圆弧曲线 , 并有一个阶梯 , 顶部是斜面。如图一所示 图一 改进前拉伸方法：凸模结构如图 2 所示，压边圈为普通带拉伸筋平面压边圈，结构略。 图 2 2 次冲压凸模
10、 在生产中存在问题 , 冲压出的产品下侧有一圈皱痕 ,见图 3 图 3 水壶冲压件存在的问题 通过 dynaform 软件进行拉深模拟，两次成型极限图如图 4 所示。分析可以看出 , 冲压成品台阶曲面 2(见图 3)处有一道起皱带 , 并且成品表面有斑点。分 析成形过程可知 , 第 1次成形会形成不明显的内皱 , 第 2 次冲压时这些部位会形成第 2 个台阶面 , 就会形成斑点。 图 4 两次冲压成形极限图 改进的方案是先拉出外面大的台阶曲面 2， 然后第 2 次冲压时用压边圈压住台阶曲面 2， 拉成台阶曲第 1 次拉伸凸模顶部的圆角面和制品的台阶曲面 2（见图 2）相同。第 1 次冲压压边圈
11、为普通的平面压边圈，结构略。第 2 次冲压凹模和压边圈形状如图5。第 1 次，第 2 次冲压的成形极限图如图 6 和图 7。对比可以看出，改进的结构方案没有产生内皱，实用效果较好。 图 5 第 2 次冲压的凹模和压边圈 图 6 第 1 次冲压的成形极限图 图 7 第 2 次冲压的成形极限图 3 小结 冲压产品结构多种多样 , 设计冲压模时 , 要在遵循基本原理的基础上灵活的变化。在实际的生产过程可以预先对产品采用 CAE 数值模拟分析软件对生产成型工艺和成型方案进行模拟 , 可以减少试模次数 , 并使得产品的质量有较大的提高。 参考文献 1 方明磊 ,李明哲 ,刘红 .基于 Dynaform
12、软件的水壶拉深模具改进 J.轻工机械 ,2010,28（ 1） :81-83. 读书笔记四 阶梯型件与锥形件的拉深 1 阶梯型件的拉深 阶梯型件的拉深过程与圆筒形件的基本相同，可以认为每一阶梯相当于相应圆筒型件的拉深，变形区的应力状态也与圆筒形件的相似。 阶梯型圆筒件能够一次拉深成功的条件是：拉深件的总高度与其最小阶梯筒部直径之比不超过相应带凸缘圆筒形件首次拉深的允许相对高度。 不满足一次拉深成型，则有以下几种拉伸方法： 1）当相邻阶梯的直径比均大于相应圆筒形件的极限拉深系数时，拉伸方法为：从最大直径的阶梯逐一拉伸到最小直径的阶梯，每 次拉伸成一个阶梯，阶梯数即为拉深次数。 2）当相邻阶梯直径
13、比均小于相应圆筒形件的极限拉深系数时，也可以采用带凸缘圆筒形件的拉伸方法：先拉小直径，在拉大直径，即先进形小阶梯拉深在进行大阶梯拉深。 3）当相邻直径比过小，最小直径阶梯高度又不大时，最小阶梯可采用胀形获得。 4）当阶梯较浅，且每个阶梯的高度又不大，但相邻阶梯直径相差又较大而不能一次拉出时，可先拉深成圆形或带有大圆角的筒形，最后通过整形得到所需工件。 2 阶梯型件拉深规则 1）先拉深内部形状，然后在拉伸外部形状； 2）先将零件拉成初步形状，其直的及 斜的壁部连以较大的圆角半径。零件的最后形状（角部，凸出部分等）应在最后工序中才压出来； 3）对宽凸缘的阶梯型零件，先拉出外部形状及内部过渡（大圆弧过渡）形状，并使过渡部分与阶梯部分的面积相等，然后，再次拉伸时，拉出阶梯形状。 3 锥形件的拉深 锥形件的拉深次数及拉伸方法取决于锥形件的几何参数，即相对高度、锥角和相对厚度。当相对高度较大，锥角较大，而相对厚度较小时，由于变形较困难，通常需进行多次拉深。 浅锥形件的拉伸方法，一般可以一次拉深成型，但因相对厚度或相对锥顶直径较小，拉伸回弹较严重，精度不高。故通常 采用带拉伸筋的凹模或压边圈，或采用软膜拉深。 4 小结
