顶盖工艺建模及cae分析毕业设计说明书(编辑修改稿)

顶盖工艺建模及cae分析毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

10 西华大学毕业设计说明书 其中幂指数被称为应变强化指数。 n值在数量上还等于 (或近似等于 )单向拉伸时材料刚要出现颈缩时的实际应变。 在成形以拉伸为主的零 件时 ,n值小的材料 ,零件的厚度分布不均 ,表面粗糙 ,易于产生裂纹 ,n 值大的材料 ,零件的厚度分布均匀 ,表面质量较好 ,不易产生裂纹。 因此 ,n 值愈大 ,薄板的冲压成形性能愈好。 在成形以压缩为主的零件时 ,n 值大的材料其应变强化能力强 ,使危险断面的承载能力得以强化 ,有利于改善薄板的成形性能。 5)厚向异性指数 r:薄板制件的宽向实际应变与厚向实际应变之比。 r值是金属薄板冲压成形中的极重要参数 ,与 n 值一起可以作为评价薄板成形性能好坏的不可忽视的指标。 r值的大小反映了薄板成形时厚向变形发展的难易程度。 r 值愈大 ,材料愈不易在厚向 发生变形 ,即愈不易变薄或增厚。 r 值愈小 ,材料厚向变形愈容易 ,即愈易变薄或增厚。 Dynaform 特点及其应用的一般步骤 冲压 CAE 软件的主要发展 目前冲压 CAE 软件发展迅速，主流软件有 AUTOFORM 和 DYNAFORM， CAE 软件一定程度上消弱了经验在模具开发中所起的作用，但是也存在某些不足之处。 今后冲压CAE 软件的主要发展方向如下 [2,5]： (1)提高分析准确性 为了继续提高分析的准确性，需要发展与应用新的本构方程、破坏准则和摩擦模型，特别是对于某些新材料的本构模型，为此还需要 大量的实验数据。 此外，必须提高回弹与残余应力计算的准确性。 (2)提高分析能力 随着仿真技术在模具设计中的应用不断增加，需要进行分析的成形情况也越来越 11 西华大学毕业设计说明书 复杂，对仿真技术的能力也提出了越来越高的要求。 今后的数值仿真不仅可以分析刚性模条件下的成形，而且可以分析模具本身的变形，这样可以提高在接触区的起皱预测水平。 (3)提高优化能力 当前的成形模拟还主要用来作为虚拟实验来代替实际的模具调试过程，不能用来作为优化工具。 借助数学上利用敏感度分析实现多参数优化的方法，可以对板材成形进行优化分析，得到最佳的 板材形状，压边力，拉深筋位置等成形参数有限元模拟与CAD 环境的双向嵌入是一个必然的趋势。 Dynaform 软件简介 eta/ 是由美国工程技术联合公司（ ENGINEERING TECHNOLOGY ASSOCIATES,INC.） 开发的一个基于 LSDYNA 的板料成形模拟软件包 [8]。 作为一款专业的 CAE 软件， eta/DYNAFORM 综合了 LSDYNA971 强大的板料成形分析功能以及自身强大的流线型前后处理功能。 它主要应用于板料成形工业中模具的设计和开发，可以帮助模具 设计人员显著减少模具开发设计时间和试模周期。 eta/DYNAFORM 不但具有良好的易用性，而且包括了大量的智能化工具，可方便地求解各类板料成形问题。 同时， eta/DYNAFORM 也最大限度地发挥了传统 CAE 技术的作用，减少了产品开发的成本和周期。 在板料成形过程中，一般来说模具开发周期的瓶颈往往是对模具设计的周期很难把握。 然而， eta/DYNAFORM 恰恰解决了这个问题，它能够对整个模具开发过程进行模拟，因此业就大大减少了模具的调试时间，降低了生产高质量覆盖件和其它冲压件的成本，并且能够有效地模拟板料成形过 程中四个主要工艺过程，包括：压边、拉延、回弹和多工步成形。 这些模拟让工程师能够在设计周期的早期阶段对产品设计的可行 12 西华大学毕业设计说明书 性进行分析。 eta/DYNAFORM 具有良好的工具表面数据特征，因此可以比较好地预测覆盖件冲压成形过程中板料的破裂、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助。 DYNAFORM 主要模块有面向实际工艺过程的自动设置模块（ AUTOSETUP） 、回弹补偿模块（ SCP） 、模具系统分析模块（ DSA）、拉延筋模块、更加强大的模面工程模块（ DFE）、增强的坯料工程模块 （ BSE）、弯管模块等，支持 Windows 和 Unix 系统 [2]。 应用 Dynaform 模拟板料成形的流程 (l)读入零件几何模型并对其进行网格划分 由于 dynaform 只适合对比较简单的零件进行造型 ,所以一般用三维 CAD 软 件 (如 Pro 胆、 UG)进行零件造型 ,零件保存成 dynaform 可以识别的格式 (IGES,STL 或DXF等 )后到如 Dynaform,将其进行单元网格划分 ,利用 dynaform提供的功能将板料展开 ,对配料划分网格 ,并根据拟定或初定的成形方案 ,生成工艺补充面 ,建立对应的凸模 和凹模的型面模型 ,以及压边圈等模具零件的面模型 ,并进行网格划分。 (2)定义毛坯和成形工具以及其属性。 在 dynaform 中定义毛坯时 ,材料属性可以用 1 2 3 3 39 号材料模式来 13 西华大学毕业设计说明书 模拟 ,18 号材料是幂指数塑性各向同性材料模型 ,24 号材料时分段线形材料模型 ,目前使用较多的时 36 号或 37 号材料来进行冲压成形分析 ,36 号材料为各向异材料 ,平面应力状态、屈服应力为指数硬化方式。 37 号材料是厚向异性弹塑性材料模型 ,而 39号材料是带 FLD(成形极限图 )的厚向异性弹塑性材料模型 ,如果毛坯是对称的话 ,还需要设置边 界条件。 对工具来说 ,dynaform 都是采用刚体材料和壳单元来进行仿真 ,输入实际的模具密度、弹性模量和泊松比 ,并选择则压力机的类型 (单动或者双动 ) (3)调整毛坯与各个工具的相对位置 调整毛坯与各个工具的相对位置 ,并设置运动工具的冲压速度 ,压边力 ,通过动画观察工具之间的相对运动 ,保证冲压动作的正确性。 (4)求解器计算 在生成求解器输入文件前 ,还应设置求解器参数 ,如自适应网格划分、输出 控制参数等。 然后由板料成形数值模拟软件生成求解器的输入文件 ,提交给求解器进行计算。 (5)后置处理 将求解结果读入 Dynaform 后处理器 (eta/PostGL)中 ,以云图、等值线和动 画等形式显示数值模拟结果。 14 西华大学毕业设计说明书 2 汽车覆盖件概述 覆盖件简介 覆盖件主要指覆盖汽车发动机和底盘、构成驾驶室及构成车身的一些零件，如轿车的挡泥板、顶盖、车门外板、发动机盖、水箱盖、行李箱盖、骨架等 [9,10]。 覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性零件，又是封闭薄壳的受力零件。 覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。 覆盖件表面一般都具有装饰性，除考虑好用、好修、好造外，要求美观大方。 覆盖件结构特征 车身 覆盖件多数是空间复杂曲面结构、形状复杂，从而决定其冲压成形过程中的变形复杂性，不易分析与掌握冲压变形规律，而且出现的成形质量问题也较多。 覆盖件有 较高的连接要求、结构尺寸较大、表面质量要求高、刚性好等特点 [11]。 图 21 是几个典型的汽车覆盖件简图。 冲结构形状及尺寸上看，这类零件的主要特点有： 右侧围 B 柱外板 左后侧围外板 背门外板 背门内板 顶盖外板 驾驶 室顶盖纵梁支架 图 21几种典型的汽车覆盖件简图 15 西华大学毕业设计说明书 ① 零件总体尺寸大。 如某车身顶盖板冲压所需坯料尺寸大 2800mm 2500mm； ② 相对厚度小。 车身覆盖件冲压用钢板厚度范围通常在 ～ ，相对板料在长度和宽度两个方向的尺寸就很小了。 ③ 形状复杂。 车身覆盖件形状一般是许多形状复杂的空间曲面构成，具有复杂的表面结构，难以用简单的几何方程去描述。 ④ 轮廓带有局部形状 覆盖件成形分类 汽车覆盖件的冲压成形分类以零件上易破裂或起皱部位材料的主要变形方式为依据 ,并根据成形零件的外形特征、变形量大小、变形特 点以及对材料性能的不同要求 ,可将汽车覆盖件冲压成形分为五类 :深拉深成形类、胀形拉深成形类、浅拉深成形类、弯曲成形类和翻边成形类 [10,11]。 覆盖件的主要成形缺陷及防止措施 由于覆盖件形状复杂，多为非轴对称、非回转体的复杂曲面形状零件，因而决定了拉深时的变形不均匀，所以拉深时的起皱和开裂是主要成形障碍。 ①起皱及防皱措施 原因： 覆盖件的拉深过程中，当板料与凸模刚开始接触，板面内就会产生 压应力，随着拉深的进行，当压应力超过允许值时，板料就会失稳起皱。 防皱措施： 解决的办法是增加工艺补充材料 或设置拉深筋。 ②开裂及防裂措施 原因：是由于局部拉应力过大造成的，由于局部拉应力过大导致局部大的胀形变形而开裂。 位置 :开裂主要发生在圆角部位，开裂部位的厚度变薄很大如凸模与坯料的接触面积过小、拉深阻力过大等都有可能导致材料局部胀形变形过大而开裂。 防 16 西华大学毕业设计说明书 裂措施 ：为了防止开裂，应从覆盖件的结构、成形工艺以及模具设计多方面采取相应的措施。 ③覆盖件的成形障碍的防止措施 覆盖件的结构上，可采取的措施有： 各 圆角半径最好大一些、曲面形状在拉深方向的实际深度应浅一些、各处深度均匀一些、形状尽量简单且变化 尽量平缓一些等。 拉深工艺方面，可采取的主要措施有： 拉深方向尽量 使凸模与坯料的接触面积大、合理的压料面形状和压边力使压料面各部位阻力均匀适度、降低拉延深度、开工艺孔和工艺切口等 （如图 22所示）。 模具设计上， 可采取设计合理的 拉深筋、采用较大的模具圆角、使凸模与凹模间隙合理等措施。 图 22工艺孔和工艺切口 ④ 汽车覆盖件 冲压 工艺的正确选择 从汽车覆盖件 冲压 工艺设计依据到设计原则的分析 ，确定了正确的汽车覆盖件 冲压 工艺的方案，汽车整车外形是由许多轮廓尺寸较大且具有空间曲面形状的覆盖件焊接而成的。 因此，此类覆盖件与一般薄板 冲压 件相比，具有材料相对厚度小，形状复杂，尺寸精度和表面质量都有较高要求。 即覆盖件表面平滑，棱线清晰，空间曲面形状合理，不允许有皱纹，划伤，拉毛等表面缺陷。 而整车表面质量的好坏取决于覆盖件的 冲压。 这就决定了覆盖件拉深工艺的编制到 冲压 模的设计，必须全面仔细地考虑，才能有效地避免覆盖件的起皱、开裂、拉毛回弹现象。 17 西华大学毕业设计说明书 3 覆盖件冲压成形工艺设计 覆盖件的冲压工艺包括拉深、修边 、翻边等多道工序，确定冲压方向应从拉深工序开始，然后制定以后各工序的冲压方向 [10]。 应尽量将各工序的冲压方向设计成一致。 （ 1） 选用合理经济的覆盖件的材料 汽车覆盖件的拉深工艺是以金属的塑性性能为基础的冲压加工方法，因此，一般选用屈服点 σs 和屈服强度比 σs/σb 较低，而伸长率 δ、厚向异性指数 n 较高的薄板材料。 目前汽车覆盖件常用的材料有 ~ 的 08F 或 08AL 冷轧钢板，这些材料基本上能满足拉深的表面质量要求。 （ 2） 为了保证覆盖件几何形状的一致性，不影响 表面 质量，应尽可能在一道拉深工序中完成覆盖件全部空间曲面形状（包括筋条、鼓包等） （ 3） 覆盖件的拉深深度在符号产品尺寸的条件下尽可能平缓均匀，让各处的变形程度趋于一致。 （ 4） 覆盖件的主要结构面上如果有急剧的凸凹槽和较深的鼓包等局部形状。 在制定拉深工艺时，可以加大过渡区域或过渡圆角、工艺切口等方法，改善材料的流动和补充条件。 （ 5） 适当地设置拉深筋、拉深槛和合适的压料面，达到完好的效果。 （ 6） 覆盖件上的孔一般应在零件拉深成形后冲 、拉深方向的选择 (1)拉深冲压方向对 拉深成形的影响 凸模能否进入凹模、对破裂和起皱的影响等。 18 西华大学毕业设计说明书 (2)拉深方向选择的原则 ①保证能将拉深件的所有空间形状（包括棱线、肋条、和鼓包等）一次拉深出来，不应有凸模接触不到的死角或死区。 如图 a，若选择冲压方向 A，则凸模不能全部进入凹模 ,造成零件右下部的a 区成为 “ 死区 ” ,不能成形出所要求的形状。 选择冲压方向 B 后 ,则可以使凸模全部进人凹模 ,成形出零件的全部形状。 图 b)是按拉深件底部的反成形部分最有利干成形面确定的拉深方向 ,若改变拉深方向则不能保证 90176。 角。 图 31拉深方向确定实例 ②有利于降低拉深件的深度。 拉深深度太深 ,会增加拉深成形的难度 ,容易产生破裂、起皱等质量问题；拉深深度太浅 ,则会使材料在成形过程中得不到较大的塑性变形，覆盖件刚度得不到加强。 ③尽量使拉深深度差最小。 以减小材料流动和变形分布的不均匀性（如图 32)。 图 32拉深深度与拉深方向 19 西华大学毕业设计说明书 ④保证凸模开始拉深时与拉深毛坯有良好的接触状态。 开始拉深时凸模与拉深毛坯的接触面积要大，接触面应尽量靠近冲模中心（ 如图。