基于DYNAFORM的板料成形研究
摘要
板料拉深成形是现在工业领域中一种重要的加工方法。在拉深成形的过程中，零件容易出现开裂，起皱等问题。随着计算机模拟和仿真技术的发展，板料拉深成形过程的分析、缺陷分布等问题都可以通过有限元模拟软件预测分析。针对这些问题，用PRO/ENGINEER软件将零件进行三维建模，导入DYNAFORM，进行初步模拟，设置模拟控制参数，主要是修改板料厚度、板料性能、冲压速度、模具圆角半径等参数。找出模具倒角、材料厚度、冲压速度对材料成形性能的影响，从而对于指导成形工艺的设计具有重要的意义。
关键词：DYNAFORM，拉深，模拟，参数
Based on the dynaform plate forming
research
Abstract：Deep drawing of sheet metal industry is now an important processing method. In the drawing forming process, the parts prone to cracking, wrinkling and other problems.Along with the computer simulation and the simulation technology development, the process of sheet forming analysis, defects distribution problems can be simulated by FEM software prediction analysis. To solve these problems, PRO / ENGINEER software part three-dimensional modeling, import on DYNAFORM, a preliminary simulation, set the parameters of analog control, primarily to modify the sheet thickness, sheet performance, pressing speed, die fillet radius and other parameters.Identify mold chamfer, material thickness, speed of pressing forming properties of the material, which for the guidance of the design of the forming process of great significance.
Key words: DYNAFORM, drawing, simulation, parameter
目录
第1章前言 (1)
1.1学术背景及理论与实际意义 (1)
1.2课题来源及主要研究内容 (1)
第2章拉深与软件介绍 (2)
2.1 板料拉深成形技术 (2)
2.2 DYNAFORM软件介绍 (3)
2.2.1基本资料 (3)
2.2.1 DYNAFORM的主要特色 (3)
2.2.3 DYNAFORM功能介绍 (4)
2.2.4 DYNAFORM的主要应用 (6)
第3章前处理 (7)
3.1三维建模 (7)
3.2 读入零件模型 (7)
3.3 确定冲压方向 (8)
3.4 创建零件的单元模型 (8)
3.4.1 创建零件网格 (8)
3.4.2 创建Blank (9)
3.4.3 创建Punch (11)
3.4.4 创建凹模DIE (13)
3.4.5 创建BINDER (14)
3.4.6 网格模型检查 (18)
3.4.7 参数设置 (18)
第4章计算与后处理 (24)
4.1计算 (24)
4.4.1 计算前设置 (24)
4.4.2 计算 (25)
4.2 后处理 (25)
4.2.1 成形极限图和厚度分布云图 (26)
4.2.2 对比分析 (26)
结论 (30)
致谢 (31)
参考文献 (32)
第1章前言
1.1学术背景及理论与实际意义
随着现代经济的迅速发展，制造业企业在新的历史条件下面临着更多的压力。需要最大程度地减少研发、生产的成本。计算机辅助模拟技术就是在这一背景下产生的，它为降低成本创造了条件。并在实际生产中得到愈来愈广泛的应用。
板料成形是现代工业一种重要的加工方法.而拉深是其中典型的工艺,有着广泛的应用。汽车产品中,冲压成形件约占总重量的50%～60%[1]。在实际金属板料冲压件的设计和生产过程中,由于模具设计和成形工艺方案的不合理,常常导致冲压件出现损伤断裂、起皱缺陷。
锻造模拟技术是指利用计算机对锻造成形过程进行仿真计算。从而可以降低生产成本，缩短折产品的开发周期，提高产品质量，为企业带来巨大的经济利益，提高企业的市场竞争能力，推进加工制造业的发展，而DYNAFORM软件正是此类软件中的佼佼者。
1.2课题来源及主要研究内容
本课题是由指导老师拟定，主要研究针对板料成形时，拉伸变形出现的不均匀及易断裂等负面情况，将零件三维建模，导入dynaform，进行模拟计算，找出零件的缺陷即零件有开裂、起皱等时的成形极限，分析材料因素、模具圆角半径、板料厚度等方面对板料成型的影响。
第2章拉深与软件介绍
2.1 板料拉深成形技术
板料拉深成形是汽车、航空工业领域中一种重要的加工方法。板料拉深成形中经常产生起皱、破裂、残余应力、回弹等问题.这些问题主要是受材料的成形性能、压边力、毛坯的形状和尺寸以及模具的几何形状等因素的影响.采用传统的实验方法逐一分析各种因索对板料成形的影响将耗费大量的时间和人力物力。随着计算机模拟和仿真技术的发展，板料拉深成形过程的分析、缺陷分布等问题都可以通过有限元模拟软件预测分析。
拉深时，平板坯料受凸模向圆筒侧壁传递的拉力，由四周向中心移动，直径逐渐缩小，这部分金属互相受压。当板坯的厚度小﹑拉深变形程度大时，在压应力作用下，圆筒工件的平面法兰部分会出现失稳起皱现象[2]。为了防止起皱现象和保证拉深件质量，在拉深模中常设有压边装置(压边圈)。简单的压边圈是靠弹簧或压缩空气压住坯料周边的。大型件拉深时，常采用双动压力机，利用外滑块的作用压边。当毛坯的厚度较大﹑零件的尺寸较小时，不用压边装置也可以进行拉深。压边圈的作用力在保证板坯不起皱前提下，应选取尽量小的数值。
拉深件各部位的厚度因受力不同有所不同。一般是底部中心厚度不变。底部周边和侧壁下部受拉力作用，厚度稍减少。侧壁上部和平面法兰部分受压力作用，厚度稍增加[3]。若拉深模与压边圈之间的间隙稍大于坯料的厚度，则制成的拉深件的壁厚基本上等于初始的板料厚度。如果拉深模与压边圈之间的间隙小于坯料的厚度，拉深件的侧壁就会受模具间隙的作用而变薄，这种方式称为变薄拉深。用变薄拉深法可以制成底厚、壁薄、高度大的零件，如深筒食品罐等。
在拉深的实际生产中，拉深工艺参数对拉深变形以及拉深件的质量的影响十分明显。合理的工艺参数，可以提高拉深变形的均匀性，降低对材料性能的过高要求，从而降低拉深件的生产成本。
2.2 DYNAFORM软件介绍
DYNAFORM软件是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形数值模拟的专用软件，是LS-DYNA求解器与ETA/FEMB前后处理器的完美结合，是当今流行的板料成形与模具设计的CAE工具之一。
2.2.1基本资料
在其前处理器(Preprocessor)上可以完成产品仿真模型的生成和输入文件的准备工作。求解器(LS-DYNA)采用的是世界上最著名的通用显示动力为主、隐式为辅的有限元分析程序，能够真实模拟板料成形中各种复杂问题。后处理器(Postprocessor)通过CAD技术生成形象的图形输出，可以直观的动态显示各种分析结果。
Dynaform 软件基于有限元方法建立, 被用于模拟钣金成形工艺。Dynaform 软件包含BSE、DFE、Formability三个大模块，几乎涵盖冲压模模面设计的所有要素，包括：定最佳冲压方向、坯料的设计、工艺补充面的设计、拉延筋的设计、凸凹模圆角设计、冲压速度的设置、压边力的设计、摩擦系数、切边线的求解、压力机吨位等。
Dynaform软件可应用于不同的领域，汽车、航空航天、家电、厨房卫生等行业。可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹、成形刚度、表面质量，评估板料的成形性能，从而为板成形工艺及模具设计提供帮助。
Dynaform软件设置过程与实际生产过程一致，操作上手容易。来设计可以对冲压生产的全过程进行模拟：坯料在重力作用下的变形、压边圈闭合过程、拉延过程、切边回弹、回弹补偿、翻边、胀形、液压成形、弯管成形。
Dynaform软件适用的设备有：单动压力机、双动压力机、无压边压力机、螺旋压力机、锻锤、组合模具和特种锻压设备等。
2.2.1 DYNAFORM的主要特色
1．集成操作环境，无需数据转换
完备的前后处理功能，实现无文本编辑操作，所有操作在同一界面下进行
2．求解器
采用业界著名、功能最强的LS-DYNA，是动态非线性显示分析技术的创始和领导者，解决最复杂的金属成形问题。
3．工艺化的分析过程
囊括影响冲压工艺的60余个因素以DFE为代表的多种工艺分析模块有好的工艺界面，易学易用
4．固化丰富的实际工程经验
2.2.3 DYNAFORM功能介绍
1. 基本模块
DYNAFORM提供了良好的与CAD软件的IGES、VDA、DXF，UG和CATIA 等接口, 以及与NASTRAN, IDEAS, MOLDFLOW等CAE软件的专用接口，以及方便的几何模型修补功能。
自动消除各种孔DYNAFORM的模具网格自动划分与自动修补功能强大，用最少的单元最大程度地逼近模具型面。比通常用于模具网格划分的时间减少了99%[4]。初始板料网格自动生成器，可以根据模具最小圆角尺寸自动确定最佳的板料网格尺寸，并尽量采用四边形单元，以确保计算的准确性。
Quick Set-up,能够帮助用户快速地完成分析模型的设置，大大提高了前处理的效率。
与冲压工艺相对应的方便易用的流水线式的模拟参数定义，包括模具自动定位、自动接触描述、压边力预测、模具加载描述、边界条件定义等等。用等效拉延筋代替实际的拉延筋，大大节省计算时间，并可以很方便地在有限元模型上修改拉延筋的尺寸及布置方式。
多工步成形过程模拟:
网格自适应细分，可以在不显著增加计算时间的前提下提高计算精度。
显、隐式无缝转换，eta/DYNAFORM允许用户在求解不同的物理行为时在显、隐式求解器之间进行无缝转换，如在拉延过程中应用显式求解，在后续回弹分析当中则切换到隐式求解[5]。三维动态等值线和云图显示应力应变、工件厚度变化、成形过程等，在成形极限图上动态显示各单元的成形情况，如起皱，拉裂等；
2. BSE(板料尺寸计算)模块
采用一步法求解器，可以方便地将产品展开，从而得到合理的落料尺寸。
3. DFE（模面设计）模块
DYNAFORM的DFE模块可以从零件的几何形状进行模具设计，包括压料面与工艺补充。DFE模块中包含了一系列基于曲面的自动工具，如冲裁填补功能、冲压方向调整功能以及压料面与工艺补充生成功能等，可以帮助模具设计工程师进行模具设计。
（1）基于几何曲面
所有的功能都是基于NURB曲面的。所有的曲面都可以输出用于模具的最终设计。
（2）导角单元导角功能使用户对设计零件上的尖角根据用户指定的半径快速进行导角，以满足分析的要求。
（3）冲裁填补功能
根据成形的需要，自动填补零件上不完整的形状。能在填补区同时生成网格与曲面。
（4）拉延深度与负角检查
图形显示零件的拉延深度与负角情况。
（5）冲压方向调整功能
自动将零件从产品的设计坐标系调整到冲压的坐标系。
（6）压料面生成功能可以根据零件的形状自动生成四种压料面。生成的压料面可以根据用户的输入参数进行编辑与变形以满足设计要求。
（7）工艺补充面生成功能
可以根据产品的大小、深度及材料生成一系列轮廓线。然后将这些轮廓线生成曲面并划分网格形成完整的工艺补充部分。还可以对生成的轮廓线进行交互式编辑。
（8）MORPHING
DFE模块中提供了线、曲面及网格的变形功能，可以很容易地处理POL、冲裁填补、工艺补充设计以及压料面设计。
2.2.4 DYNAFORM的主要应用
1．冲压、压边、拉延、弯曲、回弹、多工步成形等典型钣金成形过程2．液压成形、辊弯成形
3．模具设计
4．压机负载分析等
第3章前处理
3.1三维建模
用PRO/ENGINEER软件对零件进行三维建模，如图3-1所示，保存为IGES 格式。
图3-1 零件的三维图形
3.2 读入零件模型
DYNAFORM可以直接导入由PRO/ENGINEER软件产生的数学模型，格式为IGES、VGA等。
将文件导入DYNAFORM中，如图3-2所示。
图3-2 零件的数学模型
3.3 确定冲压方向
Dynaform默认的冲压方向为-Z方向。
3.4 创建零件的单元模型
选择菜单“Prat/Edit”，修改零件名为“Part”，将其ID序号数值设置为1，点击“Modify”按钮，点击“OK”，保存*.df文件。
3.4.1 创建零件网格
选择菜单“Preprocess/Element”命令，选择“Surface Mesh/Part Mesh”按钮，最大网格尺寸设置为3，其它尺寸为缺省值。点击“Select Surfaces”按钮，选择“Displayed Surf.”，此时零件“Part”呈白色高亮显示，点击“OK”和“Apply”按钮，并点击“Yes”加以确认，退出对话框。零件网格如图3-3所示。
注意：在网格划分时一定要将右下角当前的零件设为和网格划分的零件一致，否则划分的网格不是当前的零件。右下角的“Surfaces”可不选，此时零件的
几何模型会隐藏，只显示网格。
图3-3 零件的网格模型
3.4.2 创建Blank
1. 创建毛坯轮廓
打开零件Part，用工具栏的“Surface Mesh/Part Mesh”对零件进行网格划分。选择菜单栏“BSE/Preparation”命令，选择“Blank Size Estimate”按钮，设置“Material”选项下的“NULL”按钮，点击“Material Library”，选择材料“Europe/D C06”，输入板料厚度“Thickness=2.5”，点击“Apply”按钮，进行毛坯展开计算，如图3-4。
图3-4 毛坯的展开计算
生成的毛坯轮廓如图3-5。系统会自动创建OUTLINE零件。在“Parts/Edit Part”下修改零件名称“OUTLINE”为“Blank”，点击“Modify”按钮，点击“OK”，如图3-6所示。（注意右下角当前零件不能为“OUTLINE”，应改为其它零件名，不能对当前零件名进行修改和编辑）。
图3-5 展开后的毛坯轮廓图3-6 编辑毛坯零件名
2.考虑毛坯余量，扩展毛坯轮廓
选择菜单“Preprocess/Line/Point”，点击“Offset”进行偏移，选择边界轮廓，输入偏移距离为10mm，扩展后的边界线及其网格模型如图3-7所示。
图3-7 扩展后的毛坯轮廓
3. 划分毛坯网格
将右下角的当前零件设为“Blank”，对毛坯进行网格划分。在工具栏选择“Blank generator”命令，选择“Boundary line”，此时鼠标变成“+”符号，点击毛坯轮廓线选择，此时轮廓线会呈白色高亮显示，点击“OK”。输入毛坯网格尺寸“Mesh
Size/Element Size=8”，点击“OK”完成，如图3-8。点击“Yes”确认网格大小。毛坯划分网格后的模型如图3-9所示。
图3-8 毛坯网格尺寸图3-9 毛坯的网格模型
3.4.3 创建Punch
1.选择菜单“Parts/Create”，输入“Name=Punch”,编辑颜色，点击“OK”。如图3-10所示。在屏幕右下方会自动出现“Current Part=PUNCH”。
图3-10 创建Punch零件
2.创建零件网格
将“Part”零件的单元网格显示，选择“Parts/Add…To Part”，点击“Elements”按钮，选择“Displayed”，此时当前的零件网格会呈白色高亮状态，点击“OK”确认。将所选网格加入到“To Part:PUNCH”，点击“…”选择刚创建的“PUNCh”，确认后关闭对话框，如图3-11所示。此时“Part”零件的单元网格被添加到“Punch”零件中。如图3-11所示。此时“Part” 零件只剩下Surfaces。
图3-11 Punch的网格模型
3.PUNCH网格模型的法线方向检查
点击菜单栏“Preprocess/Model Check/Repair”命令，点击“Auto Plate Normal”按钮进行法线方向检查。选择其中任一单元，观察法线方向，点击“YES”或“NO”按钮。注意，法线方向的设置总是由工具指向与坯料的接触面，如图3-12。
图3-12 Punch的法线方向检查
4. 网格边界检查
点击菜单栏“Preprocess/Model Check/Repair”命令，点击“Boundary Display”按钮进行边界检查。通常只允许除边缘轮廓边界呈白色高亮显示外，其余部位均保持不变。如图3-13。如果其余部分的网格有白色高亮显示，则说明在白色高亮处的单元网格有缺陷，须进行修补或重新网格划分。修补可点击“Gap Repair”按钮。完成边界检查后，若网格边界无缺陷，可点击工具栏中的“Clear Highlight”，清除边缘轮廓高亮显示部位。
图3-13 网格模型的边界检查
3.4.4 创建凹模DIE
1.偏置得到DIE的单元网格
选择菜单“Parts/Create”，输入零件名称“Name”为凹模“DIE”，则右下角的当前零件自动变为“DIE”。打开零件“Punch”，选择菜单“Preprocess/Element”下的“Offset”命令，关闭“In Original Part”复选框，使得新生成单元放置在当前零件中，关闭“Delete Original Element”复选框，保留原始零件中的单元。“Copy Number”为1，板料厚度“Thickness”的设定值为2.75（即为1.1t，其中t为板料厚度）。显示“Select Element”对话框，点击“Displayed”，则所有被选单元呈白色高亮显示，点击“OK”返回，则复制后的单元自动生成到“DIE”中。关闭零件“Punch”显示。新
建的DIE的网格模型如图3-14所示。
图3-14 偏置得到的DIE的网格模型
3.4.5 创建BINDER
1. 设置Die为工具
选择菜单栏“DFE/Preparation”的“Define”命令下，将“Tool/Tool Name”下添加“DIE”为工具。选择“DFE/Binder”，在“Create”命令下选择“Binder Type”为“Flat Binder”，并输入“Binder Size”的尺寸，点击“Apply”，如图3-15所示。此时右下角自动创建新零件“C_BINDER”，关闭零件“DIE”的显示，生成的压边圈轮廓表面如图3-16所示。
图3-15 创建BINDER过程图
图3-16 压边圈的轮廓表面
2. 划分网格
在工具栏“Surface Mesh”下选择“Tool Mesh”，输入最大网格尺寸为20mm，选择压边圈的轮廓表面，点击“Apply”和“YES”，关闭右下角的Surfaces显示，则得到如图3-17的压边圈网格模型。
图3-17 C_BINDER的网格模型
3.调整BINDER与DIE的位置
打开零件“DIE”与“C_BINDER”的显示，在工具栏选择视图“X-Z VIEW”视图。选择菜单“Preprocess/Element”下的“Transform”选项，在“Translate”下框选“Move”，在“Direction”下框选“Z Axis”，输入“Distance”的值，即-14.000mm，使凹模向Z的负方向下移14.000mm。选择Die的所有单元，点击“OK”和“Apply”，退出对话框。调整后DIE与BINDER的位置如图3-18所示。
图3-18 调整位置后的DIE与C_BINDER
4.切除DIE与C_BINDER重合区域，得到实际的压边圈轮廓
选择菜单“DFE/Modification”，点击“Binder Trim”，选择“Boundary”下的“Outer”，点击“Select”，选择剪切线，如图3-19所示。点击“Apply”和“Yes”，得到如图3-20所示的压边圈Binder和DIE。
图3-19 去除DIE与C_BINDER重合区域的剪切线
图3-20 剪切后的DIE与C_BINDER
5.偏置C_BINDER单元，创建实际BINDER
为创建DIE的工艺补充面，可将剪切后C_BINDER的轮廓作为DIE的工艺补充面。此时须将C_BINDER单元偏置重新创建BINDER单元。关闭零件“DIE”显示，在菜单栏“Parts/Create”输入新零件名称为“BINDER”，则右下角会自动显示当前零件名为“BINDER”。选择菜单栏“Preprocess/Offset Elements”，输入“Thickness”
值为1.1t，即2.75mm，选择C_BINDER当前Displayed单元，点击“Apply”，退出对话框，则偏置后的C_BINDER单元自动添加到零件BINDER中，实际压边圈BINDER的网格模型如图3-21所示。关闭BINDER显示。
图3-21 实际压边圈的网格模型
6.打开零件“DIE”的显示，选择菜单栏“Parts/Add…To Part”，将C_BINDER单元添加到零件“DIE”中，点击“Apply”，关闭对话框。则创建工艺补充面后的DIE 的网格模型如图3-22所示。
图3-22 创建工艺补充面后DIE的网格模型
板料成形CAE技术及应用 长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期，特别是对于某些特殊复杂的板料成形零件，甚至制约了整个产品的开发进度，而板料成形CAE技术及分析软件的出现，有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高了企业的市场竞争力。 一、前言 计算机辅助设计技术以其强大的冲击力，影响和改变着工业的各个方面，甚至影响着社会的各个方面。它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的变革，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的自动化。 板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工，获得质量轻、表面光滑、造型美观的冲压件，具有节省材料、效率高和低成本等优点，在汽车、航空、模具等行业中占据着重要地位。由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的，长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期，特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果，难以预防缺陷的产生，只能通过经验或类似零件的现有工艺资料，通过不断的试模、修模，才能成功。某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。 板料成形CAE技术及分析软件，可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺技术方案优化，从而有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高企业的市场竞争力。 板料成形CAE技术对传统开发模式的改进作用可以通过图1 和图2进行对比。
图1 传统板料成形模具开发模式 图2 CAE 技术模具开发方式 通过比较，就可发现板料成形CAE技术的主要优点。 (1)通过对工件的可成形工艺性分析，做出工件是否可制造的早期判断；通过对模具技术方案和冲压技术方案的模拟分析，及时调整修改模具结构，减少实际试模次数，缩短开发周期。 (2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施，改进产品设计和模具设计，增强模具结构设计以及冲压技术方案的可靠性，从而减少生产成本。 (3)通过CAE分析可以择优选择材料，可制造复杂的零件，并对各种成形参数进行优化,提高产品质量。 (4)通过CAE分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面的不足，还可通过虚拟的冲压模拟，提高提高工艺人员的经验。 二、板料成形需要解决的问题 板料成形通过模具对板料施加压力，使板料产生永久性的塑性变形，以获得预期的产品形状。在这个过程中影响板材变形的因素非常多，要控制好变形的形状也非常困难。首先，金属受外力作用会发生变形，变形可分为弹性变形和塑性变形，弹性变形是可逆的，外力去除后变形体就会恢复成原来的形状；第二，材料的成分和组织对变形影响极大；第三，塑性变形有多种方式，再结晶温度下的塑性变形有晶内滑移和孪动、位错（位错分多种形式），再结晶温度上的塑性变形有晶间滑移、多晶体扩散和相变变形等；第四，变形温度、变形速度的影响；第五，变形体内部应力状态的影响；第六，摩擦与润滑的影响；第七，材料塑性变形后，当变形体内部各部分变形不一致时，
基于DYNAFORM的板料成形研究
基于DYNAFORM的板料成形研究 摘要 板料拉深成形是现在工业领域中一种重要的加工方法。在拉深成形的过程中，零件容易出现开裂，起皱等问题。随着计算机模拟和仿真技术的发展，板料拉深成形过程的分析、缺陷分布等问题都可以通过有限元模拟软件预测分析。针对这些问题，用PRO/ENGINEER软件将零件进行三维建模，导入DYNAFORM，进行初步模拟，设置模拟控制参数，主要是修改板料厚度、板料性能、冲压速度、模具圆角半径等参数。找出模具倒角、材料厚度、冲压速度对材料成形性能的影响，从而对于指导成形工艺的设计具有重要的意义。 关键词：DYNAFORM，拉深，模拟，参数 Based on the dynaform plate forming research
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激光板料成形技术的研究与应用 ——激光热应力成形与激光冲击成形 摘要： 激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对金属或非金属材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工等的一门加工技术。随着激光技术的发展，特别是大功率工业激光器制造技术的日益成熟，激光作为一种“万能”工具，已应用于材料的切割、焊接、弯曲变形和表面改性处理等领域，其中板料激光成形技术已较为成熟，广泛应用于各种碳钢、不锈钢、合金有色金属以及金属基复合材料的弯曲成形，替代了部分零件的冲压工业。金属板料激光成形技术是近年来出现的一种先进柔性加工技术。金属板料成形作为薄板直接投入消费前的主要深加工方法，已在整个国民经济中占有十分重要的地位，广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件、家电等生产行业。传统的金属板料加工方法主要用模具在压力机上进行冷冲压成形，其生产效率高，适用于大批量生产。随着市场竞争的日趋激烈，产品的更新换代速度日益迅速，原有的采用模具加工的技术就表现出生产准备时间长，加工柔性差，模具费用大，制造成本高等缺陷，且模具冷冲压成形仅适用于低碳钢、铝合金以及铜等塑性较好的材料，其适用范围有限。为此国内外许多学者致力于板料塑性成形新技术的研究，实现金属板料的快速高效、柔性冲压和无模成形，以适应现代制造业产品快速更新的市场需要。本文介绍了激光热应力弯曲成形以及冲击成形的成形机理，分析了成形的主要因素，并对这两种成形技术的未来做出展望。 关键词：激光技术、板料成形、热应力弯曲成形、冲击强化技术 一、激光弯曲成形技术 激光弯曲成形是一种新兴的塑性加工方法，具有高效、柔性、洁净等特点。它是基于材料的热胀冷缩特性，利用高能激光束扫描金属板料表面时形成的非均匀温度场导致的热应力来实现塑性变形的工艺方法。与传统的金属成形工艺相比，它不需模具、不需外力，仅仅通过优化激光加工工艺、精确控制热作用区内的温度分布，从而获得合理的热应力分布，使板料最终实现无模成形。激光束的大小和能量精确可控，特别适用于冷加工难以成形的硬且脆，或刚性大的材料，比如陶瓷、钛合金等。 1、激光弯曲成形基本原理： 板材激光弯曲成形是近年来出现的一种板材柔性成形方法，究其根源，可以追溯到上百年前的火工矫形。它的基本原理是，在基于材料的热胀冷缩特性上，利用高能激光束扫描金属板材表面，通过对金属板材表面的不均匀加热，照射区域内厚度方向上会产生强烈的温度梯度，从而引起非均匀分布的热应力[6]。当这一热应力超过了材料相应温度条件下的屈服极限，就会使板材产生所需要的弯曲变形，激光弯曲成形的装置示意图如图1所示[7]。激光弯曲成形实际上就是这样一种基于材料的热胀冷缩特性、用热应力代替机械载荷的板料无模成形技术。
板料成形CAE分析 实验报告 班级： 学号： 姓名：
板料成形CAE分析 一、实验目的和要求： 通过本实验的教学，使学生基本掌握有限元技术在板料塑性成形领域的应用情况，拓宽学生的知识面，开阔视野，使学生对塑性成形过程的数值模拟技术有深刻的理解，预测板料弯曲成形的性能。 二、教学基本要求： 学会使用Dynaform数值模拟软件进行板料弯曲成形过程的仿真模拟，对模拟结果具有一定的分析和处理能力。 三、实验内容提要： 掌握前处理的关键参数设置，如零件定义、网格划分、模型检查、工具定义、坯料定义、工具定位和移动、工具动画、运行分析。了解后处理模块对模拟结果的分析，如读入d3plot 文件、动画显示变形和生成动画文件、成形极限图分析、坯料厚度变化分析等。 四、实验步骤 1、导入零件模型，保存文件 打开下拉菜单File->Import，如图2所示，在F:\dynaform\BLANK_CAE目录下分别导入文件punch.igs,binder.igs,die.igs和blank.igs。 图1 导入文件窗口
3、更改零件层名 打开下拉菜单Parts－>Edit,对应不同的零件更改层名，改好层名后保存文件。 图2 修改层名窗口 4、进行网格划分 以blinder为例进行说明。 （1）、点击，只选择binder1（红色），点击OK退出。 图3
（2）、选择Preprocess—>Element进入如图3界面。选择，在surf mesh中将max size 改为5. 图4 图5 （3）、依次选select surfaces—>displayed surf-->0k-->apply，然后依次退出各个页面。网格化后的零件如图6所示。 图6网格化后的零件 4、检查工具。 仍然以binder为例。
板料成形有限元分析的发展综述 摘要：在参阅和分析大量有关文献的基础上，对有限元法的产生和弹塑性有限元的发展进行了总结，特别是对当前应用广泛的板料成形有限元数值模拟在国内外的发展概况和发展趋势进行了详尽的剖析，为深入了解板料成形有限元的发展提供了有益的参考。 关键词：板料成形；数值模拟；有限元法；有限元分析；弹塑性 引言 有限单元法是工程计算领域的一种主要的数值计算方法，其基本思想就是将连续区域上的物理力学关系近似地转化为离散规则区域上的物理力学方程。它是一种将连续介质力学理论、计算数学和计算机技术相结合的一种数值分析方法。此方法由于其灵活、快捷和有效，已迅速发展成为板料冲压成形中求解数理方程的一种通用的数值计算方法。 有限元法源于40年代提出的结构力学的矩阵算法。“有限元法”这一术语是R.W.Clough于1960年在论文“The finite element method in plane stress analysis”中首次提出来的，他用这种方法首次求解了弹性力学的二维平面应力问题。1963年，Besseling证明了有限元法是基于变分原理的Ritz法的另一种形式，从而使Ritz分析的所有理论基础都适用于有限元法，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。 板料成形数值模拟涉及到连续介质力学中材料非线性、几何非线性、边界条件非线性等三非线性问题的计算，难度很大。随着非线性连续介质力学理论、有限元法和计算机技术的发展，通过高精度的数值计算来模拟板料成形过程已成为可能。从70年代后期开始，经过近二十年的发展，板料成形数值模拟逐渐走向成熟，并开始在汽车、飞机等工业领域得到实际的应用。 1 弹塑性有限元分析研究发展概况 有限元法建立之初，只能处理弹性力学问题，无法应用于金属塑性成形分析。1965年Marcal提出了弹塑性小变形的有限元列式求解弹塑性变形问题，揭开了有限元在塑性加工领域应用的序幕。1968年日本东京大学的Yamada推导了弹塑性小变形本构的显式表达式，为小变形弹塑性有限元法奠定了基础。但小变形理论不适于板料冲压成形这样的大变形弹塑性成形问题，因此人们开始致力于研究大变形弹塑性有限元法。1970年美国学者Hibbitt等首次利用有限变形理论建立了基于Lagrange格式（T.L格式）的弹塑性大变形有限元列式。1973年Lee 和Kabayashi提出了刚塑性有限元法。1973年Oden等建立了热-弹粘塑性大变形有限元列式。1975年Mcmeeking建立了更新Lagrange格式（U.L格式）的弹塑性大变形有限元列式。1978年Zienkiewicz等提出了热耦合的刚塑性有限元法。1980年Owen出版了第一本塑性力学有限元的专著，全面系统地论述了材料非线性和几何非线性的问题。至此，大变形弹塑性有限元理论系统地建立起来了。 2 板料成形有限元数值模拟国内外研究发展概况
第7卷第1期2000年3月 塑性工程学报 JOU RN AL O F PLASTICITY EN GIN EERIN G V ol.7 No.1Ma r . 2000 板料成形回弹问题研究新进展 * (西安交通大学先进制造技术研究所 710049) 朱东波 孙 琨李涤尘 卢秉恒 摘 要:本文从回弹理论、回弹数值模拟分析、回弹控制三方面对弯曲成形、3-D 复杂浅拉深成形中回弹研究的历史和最新发展状况作了较全面的介绍。文章所引用的大量文献基本概括了前人在这些方面的主要研究方法和重要研究成果。 关键词:回弹;板料成形;模具 *国家“九·五”重点攻关资助项目(项目号: 85-951-19)。收稿日期: 1999-4-28 1 引 言 板料成形过程中普遍存在有回弹问题,特别在弯曲和浅拉深过程中回弹现象更为严重,对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响,有必要对其进行深入的研究和有效的控制。零件的最后回弹形状是其整个成形历史的累积效应,而板料成形过程与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密切相关,所以板料成形的回弹问题非常复杂。半个多世纪来国内外许多学者对回弹问题进行了深入的研究和探讨,这些研究涵盖了从弯曲成形到复杂拉深成形、从理论分析到数值模拟、从回弹预测到回弹控制等诸多方面。本文从三个方面对前人的工作进行了概括性回顾,重点介绍了90年代回弹研究的一些新进展。 2 弯曲理论研究和回弹的解析分析方法 弯曲成形一般只涉及较为简单的几何形状和边界条件,所以有条件用解析方法对其进行深入的研究。50年代,R .H ill 、F .Proska 、F .J .Gardiner 等人的工作奠定了板料弯曲及回弹分析的理论基础 [1] ,后 来不断有学者对这些理论进行深化和发展。Huang ,etc [2] 在其文章中对50年代到80年代间诸多学者的 回弹研究工作做了较详细的回顾和评述。 回弹是弯曲卸载过程产生的反向弹性变形,板料回弹的经典计算公式为: Δk =1R -1R S =12M (1-ν2 ) Et 3 (1) 式中 Δk ——曲率变化量 R ——回弹前中面半径 R S ——回弹后中面半径E ——弹性模量ν ——泊松比t ——回弹前板料厚度 M ——回弹前板内弯矩 弯矩M 由截面纵向应力分布唯一确定。对同一弯曲过程,采用不同的弯曲模型(如是否考虑中性面内移,是否考虑材料强化、各向异性等)可得到不同的应力分布,从而由式(1)得到回弹量Δk 也就不同。所以在理论分析中,弯曲模型是否合理将直接影响回弹计算结果的准确程度。 弯曲的基本理论模型分为两大类。一类是以平截面假定和单向应力假定为基础的工程理论模型,该模型未考虑径向应力,认为弯曲过程中应力中性层、应变中性层始终和几何中面相重合;另一类是由H ill [3] 首先提出的精确理论模型,该模型考虑径向应力及中性层内移的影响,更接近板料弯曲的真实情况。从板料的外部受力状态和加载方式来看,弯曲过程可分为纯弯曲、拉伸弯曲、循环弯曲等几种典型情况。另外,材料模型对弯曲计算结果有很大的影响,常用的材料模型有刚塑性、理想弹塑性、刚性强化、弹性强化等多种形式。 以上基本模型、加载方式及材料模型的不同组合
板料冲压件螺纹底孔冲压成形技术 摘要：在板料冲压件上，按其料厚不同分别采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，成形螺纹底孔。本文论述了上述螺纹冲压成形工艺、冲模结构及其设计与制造技术。 主题词：冲件螺纹底孔冲小孔变薄翻边冷冲挤成形技术 螺纹联接结构，尤其紧螺纹联接结构，是各种机电与家电产品中零部件最主要的联接结构型式。薄板冲压件进行紧螺纹联接，需要有大于料厚的联接螺纹长度，以确保其联接可靠性，增强其负载能力，才能达到使薄板冲件联接牢靠、重量小的目的，从而使其成为结实、轻巧、紧凑的理想结构零件。 在仪器仪表、电子电器、各类家电、家用器具、玩具等产品的板料冲压件上，经常采用M2-M10的小螺纹紧联接结构。为提高效率并满足大量生产的需求，采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，冲压成形这些小螺纹底孔，不仅能以冲压制孔取代钻孔而大幅度提高生产效率，同时能获得尺寸精确、一致性好的底孔，并可使螺纹联接有足够的长度，从而确保其联接可靠性及设计要求的承载能力。所以，用冲压成形技术加工小螺纹底孔，具有优质高产的效果，也是一种成熟而值得推广的工艺技术。 1 螺纹底孔的计算 合适螺纹底孔的大小，不仅取决于螺纹直径，而且与其螺距有着密切的关系，通常可按下式计算： 当t L≤1时，取：d Z=d-t L
当t L>1时，取：d Z=d-～t L (2) 式中 t L-螺距，mm d z-螺纹底孔直径，mm d-螺纹直径，mm 表1 螺纹底孔直径的合理值(mm) 螺纹直径d 螺 距 t L 底 孔 直 径d z M1 M2 M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 1 5
M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M302 2 3 3 2 冲制螺纹底孔的基本工艺方法 用冷冲压冲制板料冲压件上螺纹底孔的主要工艺方法有如下几种： (1)厚料冲小孔与精冲孔 当冲件厚t可以满足螺纹联接所需长度时，可用冲压制孔工艺解决。通常在这种情况下，多为厚料冲小孔，即冲制螺纹底孔的直径dz≤t或稍大于t，见表2。螺纹联接的最小有效长度取决于螺纹直径、螺距并与联接件的材料种类密切相关。
板料成形回弹特征及其控制技术 1 前言 回弹是板材冲压成形过程的主要缺陷之一．严重影响着威形件的威形质量和尺寸精度，是实际工艺中很难有效克服的成形缺陷之一，它不仅降低了产品质量和生产效率．还制约了自动化装配生产线的实施，是我 国汽车制造工业中亟待解决的关键性问题。 从理论上说，板材冲压成形过程可以被看作是板材经过塑性变形变为想要获得的形状的过程。然而实际上．板料尺寸．材料特性和环境条件使冲压成形过程的预测性和可重复性变得困难。以韧性金属板材为主的冲压成形件从模具上取出后，必然产生一定量的回弹。回弹是板材冲压成形的3种主要缺陷(起皱．破裂和回弹)中最难控制的一种，因为它涉及到对回弹量的准确预示．不同的材料和尺寸的零件其回弹规律大不相同，单凭经验和工艺过程类比是很难进行准确的回弹补偿的．这就使得一个模具设计的周期变长．因此在板材冲压成形中回弹变形是使模具设计明显变复杂的一个基本参数。在大多数板材冲压成形中．强烈的非线性变形过程致使板料产生很大的弹性应变能．在模具与板料动态接触过程中存在于板料中的这种弹性应变能会随着接触压力的消除而自动释放掉，回弹的驱动力一般是朝着板料原始形状变形。因此，冲压成形中的最终产品形状不但依赖于凹模形状．而且依赖于成形后存储在板料中的弹性应变能。弹性应变能与许多诸如材料特性．接触载荷等参数有关，因此在成形过程中预测回弹变得很复杂．这也就给那些必须精 确评估回弹量的设计者提出了很重要的问题。 近40年来，有许多研究人员一直在对回弹行为进行着研究．并提出了很多解决方法和计算机仿真算法．发表了大量相关论文。就有限元仿真方法而言．在众多仿真算法模拟应用中，采用显式算法模拟成形过程．用隐式算法模拟回弹过程的方法最多；其次是冲压成形和卸载回弹过程都采用隐式算法。而G．Y-L．等学者提出一种新算法，冲压成形和回弹过程全部采用显式算法。U．Abdelsalam等学者还提出了采用一步成形算法模拟冲压成形过程，再用隐式算法计算卸载回弹过程．并应用该算法模拟了3个复杂冲压件的卸载回弹过程．这种算法的模拟精度虽然不高．但计算速度很快．可以为模具在设计阶段提供一个定性的参考方案。T-C．Hsu等学者采用隐式TL(Total Lagrangian)算法，引入Hill--次方屈服函数模拟了轴对称问题的冲压成形和回弹过程。M．Kawka等学者采用静态显式有限元(实际上也是隐式算法)算法软件ITAS3D模拟了轿车顶盖和轮毂的多阶段成形过程，以及卸载回弹和切边回弹过程．并与试验结果进行了比较。 以上这些对于回弹的研究只限于理论方面．其与实际试验的对比验证还鲜有涉及。对于如何补偿所产生的
成形极限图试验 成形极限图（FLD）或成形极限曲线（FLC）是板料冲压成形性能发展过程中的较新成果。 成形极限图的试验方法如下所述： 1）在试验用坯料上制备好坐标网格； 2）以一定的加载方式使坯料产生胀形变形，测出试件破裂或失稳时的应变ε 1 、ε2（长、短轴方向）； 3）改变坯料尺寸或加载条件，重复2）项试验，测得另一状态下的ε 1、ε 2 ； 4）取得一定量的数值后，在平面坐标图上描绘出各试验点，然后圆滑连线，作出FLD。成形极限曲线将整个图形分成如1所示的三部分：安全区、破裂区及临界区。 图1 成形极限图及其用法 于大型复杂薄板冲压件成形时,凹模内毛坯产生破裂的情况较多。这一部分毛坯一般是在拉应力作用下成形的，变形区内产生的断裂是延性断裂。掌握板材拉伸失稳理论，利用成形极限图，可以对这种破坏问题较快地作出判断，找出原因，提出相应的解决办法。拉伸失稳理论是计算建立成形极限图的基础。拉伸失稳是指在拉应力作用下，材料在板平面方向内失去了塑性变形稳定性而产生缩颈，并随这发生破裂。拉伸失稳可分为分散失稳和集中失稳两种。分散性失稳是指板料的塑性变形达到一定程度后，变形开始出现在材料内某些性能不均匀或厚度不均匀的部位，载荷开始随变形程度增大而减小，由于应变硬化，这些缩颈能在一定的尺寸范围内转移，使材料在这个范围内产生一种亚稳定的塑性流动，故载荷下降比较缓慢。但由于材料的硬化增强，变形抗力又有所提高，最后，最薄弱的环节逐渐显示出来，缩颈就逐步集中到某一狭窄区段，这样就逐渐形成了集中失稳。
产生集中失稳时，缩颈点也不能再转移出去，此时金属产生不稳定流动，由于这时承载面急剧减小，变形；力也就急剧下降，很快就异致破坏。成形极限是指材料不发生塑性失稳破坏时的极限应变值。但由于目前失稳理论的计算值还不能准确反映实际冲压成形中毛坯的变形极限，在实际生产中普遍应用由实验得到的成形极限图。成形极限图（FLD），也称成形极限线（FLC）是对板材成形性能的一种定量描述，同时也是对冲压工艺成败性的一种判断曲线。它比用总体成形极限参数，如胀形系数、翻边系数等来判断是否能成形更为方便而准确。成形极限图（FLD）是板材在不同应变路径下的局部失稳极限应变和（相对应变）或和（真实应变）构成的条带形区域或曲线（图1-14）。它全面反映了板材在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限。在板材成形中，板平面内的两主应变的任意组合，只要落在成形极限图中的成形极限曲线上，板材变形时就会产生破裂；反之则是安全。图1-14中的条带形区域称为界区，变形如位于临界区，表明此处板材有濒临于破裂的危险。由此可见，FLD是判断和评定板材成形性能的最为简便和直观的方法，是解决板材冲压成形问题的一个非常有效的工具。图 1-14 成形极限图(FLD)一、成形极限图（FLD）的制作目前，试验确定板材成形极限图的方法是：在毛坯（试样）表面预先作出一定形状的风格。冲压成形后，观察、测定网格尺寸的变化量，经过计算，即可得到网格所在位置的应变。对变形区内各点网格尺寸的变化进行测量与计算，可得到应变的分布。网格图形如图1-15所示。图1-16是采用圆形网格，在变形网格变成椭圆形状，椭圆的长、短轴方向就是主轴方向，主应变数值为相应应变：长轴应变：短轴应变：真实应变：长轴应变：短轴应变：图1-15 常用网络形式a) 圆形网 络b) 组合网络c) 叠加网络图1-16 网络的变形二、FLD在生产中的应用 成形极限图与应变分析网格法结合在一起。可以分析解决许多生产实际问题。这种方法用于分析解决问题的原理是：首先通过试验方法获得研究零件所用板材的成形极限图。再将网格系统制作在研究零件的毛坯表面划变形危险区，坯料成形为零件后，测定其网格的变化量，计算出应变值。将应变值标注在所用材料的成形极限图上。这时零件的变形危险区域便可准确加以判断。成形极限图的应用大致有以下几方面：1）解决冲模调试中的破裂问题：2）判断所设计工艺过程的安全裕度，选用合适的冲压材料；3）可用于冲压成形过程的监视和寻找故
板料成形CAE技术 贵州风华机器厂童春桥 一、前言 计算机辅助设计技术以其强大的冲击力，影响和改变着工业的各个方面，甚至影响着社会的各个方面。它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的变革，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的自动化。 板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工，获得质量轻、表面光滑、造型美观的冲压件，具有节省材料、效率高和低成本等优点，在汽车、航空、模具等行业中占据着重要地位。由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的，长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期，特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果，难以预防缺陷的产生，只能通过经验或类似零件的现有工艺资料，通过不断的试模、修模，才能成功。某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。 板料成形CAE技术及分析软件，可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺方案优化，从而有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高企业的市场竞争力。 板料成形CAE技术对传统开发模式的改进作用可以通过图1 和图2进行对比。
图1 传统板料成形模具开发模式 图2 CAE 技术模具开发方式 通过比较，就可发现板料成形CAE技术的主要优点。 (1)通过对工件的可成形工艺性分析，做出工件是否可制造的早期判断；通过对模具方案和冲压方案的模拟分析，及时调整修改模具结构，减少实际试模次数，缩短开发周期。 (2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施，改进产品设计和模具设计，增强模具结构设计以及冲压方案的可靠性，从而减少生产成本。 (3)通过CAE分析可以择优选择材料，可制造复杂的零件，并对各种成形参数进行优化,提高产品质量。 (4)通过CAE分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面的不足，还可通过虚拟的冲压模拟，提高提高工艺人员的经验。 二、板料成形需要解决的问题 板料成形通过模具对板料施加压力，使板料产生永久性的塑性变形，以获得预期的产品形状。在这个过程中影响板材变形的因素非常多，要控制好变形的形状也非常困难。首先，金属受外力作用会发生变形，变形可分为弹性变形和塑性变形，弹性变形是可逆的，外力去除后变形体就会恢复成原来的形状；第二，材料的成分和组织对变形影响极大；第三，塑性变形有多种方式，再结晶温度下的塑性变形有晶内滑移和孪动、位错(位错分多种形式)，再结晶温度上的塑性变形有晶间滑移、多晶体扩散和相变变形等；第四，变形温度、变形速度的影响；第五，变形体内部应力状态的影响；第六，摩擦与润滑的影响；第七，材料塑
1 前言 在汽车覆盖件成形过程中，零件各部分成形条件不同，因此各部分成形所需的成形力不同，通常要采用拉深筋来进行控制。拉深筋参数的合理取值是控制金属流动、防止出现起皱和破裂的重要手段。拉深筋的设计是冲压模具设计的关键技术。 拉深筋作为一种改善成形性的有效方法，其作用机理是：当板料渡过拉深筋时，会在A点、C点、E点附近发生弯曲变形，如图1，在B点、D点、F点附近发生反弯曲变形，反复的弯曲和反弯曲变形所产生的变形抗力即为拉深筋的变形阻力。同时，当板料在AB、CD、E F段上滑动时，会因摩擦而产生摩擦阻力。拉深筋的变形阻力和摩擦阻力之和即为拉深筋阻力。也有学者认为，拉深筋阻力还应包括板料通过拉深筋后由于应变强化而导致后续变形抗力增大所增加的变形阻力。在拉深模具中设置拉深筋就是要利用拉深筋阻力来控制毛坯各部分的成形力，从而起到控制局部变形条件，使零件各部分的变形条件趋于平衡，最终保障零件的顺利成形。 随着现代制造技术的发展，板料冲压成形的有限元模拟已成为模具设计与制造的关键技术。在有限元模拟中精确模拟真实拉深筋很困难，主要是因为拉深筋尺寸较小，形状复杂。要精确考虑板料与拉深筋的接触，则必须将拉深筋曲面划分成非常小的网格，但这会大大增加计算量，降低了计算效率，同时对模具几何形状的修改也极其不利。因此这种做法不常被采用。通常的做法是采用等效拉深筋模型，也就是将真实拉深筋等效为一条附着在模具表面且能承
受一定约束力的拉深筋线。这就需要计算单位长度的拉深筋需要承受的拉深筋约束阻力，所以拉深筋阻力模型的性能直接影响到计算精度。为此，近40年来很多学者分别采用实验研究、理论分析和有限元方法对拉深筋的作用机理、拉深筋阻力、拉深筋对成形质量的影响作了研究。 2 拉深筋等效阻力模型的理论研究 在板料成形过程中，拉深筋阻力是控制板料流动重要手段之一。为此，不少学者希望利用塑性成形理论建立合理的数据模型，从而直接计算拉深筋阻力。1978年，Weidemann将板料通过凸凹筋圆角时必须克服的摩擦力和由于弯曲/反弯曲变形产生的变形阻力，并建立了著名的拉深筋阻力模型（1）。 式中t—板料的初始厚度 ω—拉深筋的长度 μ—摩擦系数 σs—屈服强度 ψ—板料弯曲角 Rg、Rb—拉深筋的肩部、底部半径 P—单位长度上的等效压边力
激光板料成型技术的研究与应用 —金属板料激光成型技术研究与应用 摘要: 金属板料成型技术的研究一直是国内学者研究的热点，其传统的方法采用模具加工进行冷冲压成型，虽然生产效率高和大批量生产的特点，但存在生产准备时间长，加工柔性差，模具费用高等不足，且仅适用于低碳钢等薄板材料。由于金属材料的热胀冷缩特性,当其受到不均匀加热时,将会在材料内部产生热应力。板料激光成型技术就是一种利用高能激光束扫描金属薄板表面,在热作用区产生强烈的温度梯度,导致非均匀分布的热应力,使金属板料发生塑性变形的工艺方法。 随着中小型高功率激光器技术的成熟和商品化设备的推出，人们纷纷把目光转向激光无模成型，以实现板料的快速、高效、精确和柔性成形，以适应产品快速更新的市场竞争需要。金属板料的激光无模成形方法主要包括激光热应力成型和激光冲击成型。 关键词：激光金属板料成型热应力冲击 正文： 激光成型是一种利用激光作为热源的热应力无模成型新技术。介绍了板料激光成型技术的工艺过程及影响激光成型的主要因素,通过实验研究了激光能量因素、板料的材料性能及几何参数对板料弯曲角度的影响 金属板料的激光热应力成形是一个非常复杂的热力耦合过程，成形影响因素很多。主要与激光参数、材料种类和尺寸等有关。国内外的学者经过实验研究得出较为相似的结论： 首先，激光能量因素影响着激光热应力成形中的弯曲角的形成和热影响区的大小。激光能量因素由能量密度来表征，同时扫描次数和轨迹也影响激光的吸收。实验证明，在输入总能量一定时，大能量密度的输入、短时间的加热有利于增加弯曲角。 其次，材料的热物性和力学性能对激光弯曲成形的影响较为复杂，目前尚无法对此进行定量分析。同时实验表明，在同样的工艺条件下材料的比热和热传导
板料成形性能及CAE分析 文献综述 引言 随着强度的提高，高强度钢板塑性变差、成形难度增加。对典型高强度钢板，如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍，介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢，具有许多优良的性能，只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重，以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析，最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。结果表明，高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动，所以须综合研究三者的影响规律，从而提高高强度钢板的成形性能。 1 高强度钢板在汽车上的应用情况 高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上，它不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到了广泛的应用[1]。高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。近年来，随着高强度钢板的研制和开发，其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高，现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。 1. 1 双相钢( DP 钢) DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上，DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率，具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5% ～20%，随着马氏体的含量增加，强度线性增加，强度范围为500 ～ 1 200MPa。目前大量使用的有DP590、DP780，热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。
板料冲压成形性能及冲压材料 板料的冲压成形性能 板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成形性能。具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。下面分别讨论。 (一)成形极限 在冲压成形中，材料的最大变形极限称为成形极限。对不同的成形工序，成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到，也可通过实验求得。 依据什么来确定极限变形系数呢？这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。冲压成形时外力可以直接作用在毛坯的变形区（例如胀形），也可以通过非变形区，包括已变形区（例如拉深）和待变形区（例如缩口、扩口等），将变形力传给变形区。因此，影响成形过程正常进行的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。归纳起来，大致有下述几种情况： 1.属于变形区的问题 伸长类变形一般是因为拉应力过大，材料过度变薄，局部失稳而产生断裂，如胀形、翻孔、扩口和弯曲外区等的拉裂。压缩类变形一般是因为压应力过大，超过了板材的临界应力，使板材丧失稳定性而产生起皱，如缩口、无压边圈拉深等的起皱。 2.属于非变形区的问题 传力区承载能力不够：非变形区作为传力区时，往往由于变形力超过了该传力区的承载能力而使变形过程无法继续进行。也分为两种情况： 1)拉裂或过度变薄；例如拉深是利用已变形区作为拉力的传力区，若变形力超过已变形区的抗拉能力，就会在该区内发生拉裂或局部严重变薄而使工件报废。 2)失稳或塑性镦粗：例如扩口和缩口工序是利用待变形区作为压力的传力区，若变形力超过了管坯的承载能力，待变形区就会因失稳而压屈，或者发生塑性镦粗变形。 非传力区在内应力作用下破坏：非变形区不是传力区时，由于变形过程中金属流动的不均匀性，也可能产生过大的内应力而使之破坏。根据发生问题的部位不同，可分为： 1)待变形区拉裂或起皱：例如在盒形件的后续拉深工序中，待变形区金属流入变形区的速度不一致，靠直边部分流入速度快，角部金属流入速度慢。在这两部分金属的相互影响下，直边部分容易发生拉裂，角部则容易沿高度方向压屈起皱。 2)已变形区拉裂或起皱：如薄壁件反挤时，若金属从变形区流到已变形区的速度不均匀，则速度快的部位易因受附加压应力而起皱，速度慢的部位易受附加拉应力的作用而开裂。
附件1：外文资料翻译译文 板料成形中有限元仿真及相关技术的研究进展 1理研和光材料制造实验室，日本 2法国国家科学研究中心，法国 3 IIS，东京大学，六本木，东京都港区，日本 摘要本文概述了汽车制造商和钢板供应商采用的板料成形仿真及相关技术的现状。为此，作者调查了欧洲、日本和美国的行业，与工程师和研究人员讨论上述问题。各行业中使用的软件如表所示，行业用户对有限元素的评价也归纳在表中。根据这些信息提出在这领域的研究方法。 关键词板料冲压成形，仿真，有限元法，计算机辅助设计 1 导言 汽车行业面临着全球范围严重的挑战：激烈的市场竞争和严格的政府环境保护法规。汽车制造商为迎接这些挑战而采取的战略是有时称为3R的策略：缩短上市时间，降低开发成本以赢得竞争，减少车辆重量以提高燃料效率。来实现三个目标的解决方案必不可少的要在产品开发和进程设计中采用基于CAD / CAE / CAM系统集成技术。 这一努力最显著的部分在于减少冲压车身面板相关的加工费用和提前期，甚至在增加技术难度，如使用铝合金和高强度钢，和要求冲压件高几何精度情况下。为处理这趋势所带来的超越过去的经验的问题，板料成形仿真的数值方法显得越来越重要。它由计算机试错取代了物理冲压试错。 成功的数值仿真主要取决于成形仿真软件的进展，但其他相关的技术的进展也很重要。相关技术的例子有能迅速构建和修改加工表面的CAD系统，或多或少在CAD 表面自动创建有限元网格的现代网格生成器，使用户能够掌握大量的数据的可视化的硬件和软件以及最后在合理的时间内处理大型仿真的计算机硬件。本文的目的在于总结业界金属板料成形仿真和相关技术实现现状，并对未来的研究方向提出建议。在80 和90年代关于金属板料成形仿真已举办了许多国际会议并发表了许相关
1.胀形工艺 2.翻边工艺 3.校平和整形
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局部成形的概念：用各种不同变形性质的局部变形 来改变毛坯的形状和尺寸的冲压成形工序称为局 部成形工艺。 主要有胀形、翻边、缩口、校平、整形、旋压等
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5.1
胀形工艺
胀形：是利用模具强迫板料厚度减薄和表面积增大， 以获得所需几何形状的零件的冲压加工方法。 局部胀形可在平板毛坯上压出各种形状，压加强筋、 压 凸包、压字、压花、压标记等。
a)加强筋；b) 局部凹坑
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实现方法：
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一、胀形变形特点
如右图示，胀形变形有以下特点：
1.胀形变形属板面方向的双向拉伸应 力状态 ，变形主要是由材料厚度方 向的减薄量支持板面方向的伸长量而 完成的，变形后材料厚度减薄表面积 增大。
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基于DYNAFORM的板料成形研究 摘要 板料拉深成形是现在工业领域中一种重要的加工方法。在拉深成形的过程中，零件容易出现开裂，起皱等问题。随着计算机模拟和仿真技术的发展，板料拉深成形过程的分析、缺陷分布等问题都可以通过有限元模拟软件预测分析。针对这些问题，用PRO/ENGINEER软件将零件进行三维建模，导入DYNAFORM，进行初步模拟，设置模拟控制参数，主要是修改板料厚度、板料性能、冲压速度、模具圆角半径等参数。找出模具倒角、材料厚度、冲压速度对材料成形性能的影响，从而对于指导成形工艺的设计具有重要的意义。 关键词：DYNAFORM，拉深，模拟，参数 Based on the dynaform plate forming research
Abstract：Deep drawing of sheet metal industry is now an important processing method. In the drawing forming process, the parts prone to cracking, wrinkling and other problems.Along with the computer simulation and the simulation technology development, the process of sheet forming analysis, defects distribution problems can be simulated by FEM software prediction analysis. To solve these problems, PRO / ENGINEER software part three-dimensional modeling, import on DYNAFORM, a preliminary simulation, set the parameters of analog control, primarily to modify the sheet thickness, sheet performance, pressing speed, die fillet radius and other parameters.Identify mold chamfer, material thickness, speed of pressing forming properties of the material, which for the guidance of the design of the forming process of great significance. Key words: DYNAFORM, drawing, simulation, parameter 目录 第1章前言 (1) 1.1学术背景及理论与实际意义 (1)