钢板深拉延成形数值模拟与应变测试研究及应用

论文摘要

薄板冲压成形是现代工业中的一种重要加工方法。常见的成形方式有拉延（或拉深）、胀形、弯曲、扩孔、翻边等,其中深拉延成形非常复杂,是金属薄板立体成形中最重要的塑性加工方法。本文应用DYNAFORM软件进行数值模拟,建立了最典型的深拉延成形零件（拉深圆杯）有限元模型,研究了模具、工艺和材料等方面因素（如凸模圆角半径、拉延筋阻力、虚拟冲压速度、摩擦系数、压边力、板料尺寸大小、应变硬化指数n值、塑性应变比r值等）对成形结果的影响,得到零件成形过程中的成形极限图FLD、冲压力曲线等结果,分析了各个因素对危险部位应变、安全裕度等的影响规律。结果表明,较大的凸模圆角半径,较低的冲压速度,较小的摩擦系数,合适的压边力,合理的坯料形状和尺寸,较大的n值和r值更有利于应变的均匀分布,有利于材料深拉延成形。建立了方盒形汽车油箱、灯罩两个实际零件的有限元模型,模拟计算了不同板料形状尺寸和拉延筋阻力对零件成形结果的影响,给出了优化的坯料形状和尺寸,预测方盒形汽车油箱零件最优材料性能,对灯罩零件为降低废品率,除了优化坯料形状尺寸外,还应适当减小拉延筋阻力。应用BCS-30D成形试验机实际冲压、ASAME网格自动应变测试分析系统测试分析,研究了拉深圆杯成形中各个区域的应变分布、变化历史,并将实际冲压及测试结果与数值模拟结果进行了比较,破裂高度、应变分布、凸模冲压力等结果的符合性较好,说明所有限元建模型是合理的,数值模拟结果具有较高精度,是可信的。研究结果对帮助冲压厂合理使用钢板、提高冲压零件质量具有比较重要的指导价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 总论
• 1.1 引言
• 1.2 相关技术背景及发展现状
• 1.2.1 金属材料成形性能研究工作基础
• 1.2.2 影响材料成形性能的主要因素
• 1.2.3 数值模拟技术在板料成形中的应用
• 1.3 选题意义及研究内容
• 1.3.1 选题意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 板材成形数值模拟理论及其应用软件
• 2.1 大变形弹塑性有限元理论基础
• 2.2 各向异性屈服准则
• 2.2.1 Hill屈服准则
• 2.2.2 Barlat屈服准则
• 2.3 DYNAFORM软件简介
• 第三章 深拉延成形数值模拟研究
• 3.1 建立有限元模型
• 3.1.1 建立有限元模型的基本步骤
• 3.1.2 拉深圆杯有限元模型的建立
• 3.1.3 数值模拟中的板料参数
• 3.2 深拉延成形的影响因素研究
• 3.2.1 凸模圆角半径对成形结果的影响
• 3.2.2 虚拟冲压速度对成形结果的影响
• 3.2.3 摩擦对成形结果的影响
• 3.2.4 压边力对成形结果的影响
• 3.2.5 坯料尺寸对成形结果的影响
• 3.2.6 n值对成形结果的影响
• 3.2.7 r值对成形结果的影响
• 3.3 方盒形油箱的数值模拟
• 3.3.1 油箱冲压成形过程及缺陷原因分析
• 3.3.2 有限元模型、工艺及材料参数
• 3.3.3 仿真计算结果
• 3.4 灯罩成形的数值模拟
• 3.4.1 灯罩有限元模型
• 3.4.2 仿真计算结果
• 3.5 分析与讨论
• 第四章 深拉延零件应变测试研究及与数值模拟结果的比较
• 4.1 问题的提出
• 4.2 自动应变测试分析系统ASAME简介
• 4.3 试验材料和方法
• 4.4 试验结果与分析
• 4.4.1 拉深杯件上的应变分布
• 4.4.2 拉深杯件上的应变历史
• 4.4.3 材料性能对拉深杯件应变分布的影响
• 4.5 数值模拟与实际测试结果的比较
• 4.5.1 实验条件和材料性能
• 4.5.2 冲压破裂结果
• 4.5.3 应变分布
• 4.5.4 凸模冲压力
• 4.5.5 测试结果讨论
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 论文发表情况