圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟
发表时间：2018-09-29T11:15:46.447Z 来源：《防护工程》2018年第10期作者：高明[导读] 在冲压生产中，拉深是广泛使用的工序。通过拉深可获得筒形、阶梯形、锥形、球形等零件。平板毛坯拉深成筒状开口零件时口部出现飞边卷口现象，对此进行切边设计。高明
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江 150066摘要：在冲压生产中，拉深是广泛使用的工序。通过拉深可获得筒形、阶梯形、锥形、球形等零件。平板毛坯拉深成筒状开口零件时口部出现飞边卷口现象，对此进行切边设计。关键词：筒形件；模具结构；拉深间隙 Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后续拉深模具设计提供依据。
1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算
图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度为IT14级。本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装置的使用与否以及压边力的计算。
1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算
由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d 为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6mm。由拉深毛坯尺寸的计算公式可知：
根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm 由此计算出防尘盖毛坯尺寸： 1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算
本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为： t/D≥（0.09～0.17）（1-m）由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。
因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。
查表得出，该零件总拉深系数大于其极限拉深系数0.55，因此可一次拉深成形。
1.3压边力的计算
一次拉深成形时的压边力：FY=Ap，查表可知，根据零件的复杂程度，p可以取值为2.5、3和3.7MPa。因本文中零件为简单的带凸缘圆筒形件，因此取P值为2.5Mpa。压边圈的面积应与凸模相配合，其最大直径考虑与毛坯重合，由此计算出： FY=Ap≈π（263.52-1722）×2.5≈312809N 综上所计算的结果，该零件拉深毛坯的尺寸D=527mm，可一次拉深成形，拉深过程中需要使用压边圈防止起皱，压边力FY=312809N。
为验证理论计算的正确性及在此压边力下是否可以得到合格的零件，利用Dynaform软件对其成形过程进行模拟。
2、分析模型的建立及拉深模拟结果的分析 2.1分析模型的建立
一．拉深矩形件的变形特点 A长边、B短边、H高度，长边与短边连接处的圆角半径称为转角半径，以r c 表示，直 边与盒底连接处的圆角半径称为底角半径，以r p 表示，盒形件有4个直边区，分别为2个 长直边区A-2r c ，2个短直边区B-2r c ，有4个圆角区，即r c 区，相当于以2r c 为直径的圆筒 形件的1/4，r c /B越小，越能反映矩形件的变形特点，r c /B等于0.5时，工件形状为长圆 形，比值A/B越接近于1，变形将越接近圆筒形件。 网格试验结果：在平板毛坯上有规律地划出网格，在直边区单元网格为矩形，横向间 距a与纵向间距b各自都处处相等，在圆角区单元网格为扇形，纵向间距b处处相等，横 向间距a则越远离r c 中心越大。拉深后，两种网格均产生了不均匀的变形。 1．直边区不是简单的弯曲，横向受到压缩，纵向受到拉伸，越靠近圆角区变形越大。 拉深后横向间距a缩短了，越靠近圆角区、越靠近边缘缩短得越多。纵向间距b伸长了，越靠近圆角区伸长的越多。在直边中间纵向间距基本没有变化，仍保持相等的初始间距。 2．圆角区变形得到了减轻，横向的压缩变形要比相应的圆筒形件减轻，纵向的拉伸变形也比相应的圆筒形件减轻。 圆角区的辐射线未变成平行线，横向间距仍保持上大下小。纵向间距的变化没有圆筒形件的变化程度大。 3．应力分布不均匀，圆角区中间最大，向两侧直边区逐渐减小。 拉深矩形件的变形区主要在圆角区，其应力与应变状态与圆筒形件是相同的，由变形的不均匀性可以推断应力的分布是很不均匀的。径向拉应力、切向压应力沿凹模口的分布是
圆角区较大，直边区很小，最大值在角平分线处。 结论：在圆筒形件的直径d等于矩形件转角半径r c 的两倍的可比条件下，矩形件拉破的危险性比圆筒形件要小得多，因此允许的变形程度可比圆筒形件更大些。 矩形件拉深时同样存在起皱与拉破问题，且发生在圆角区。在直边区还有一个特殊的直边缓松工艺问题，这时由于拉深过程中圆角区材料从横向挤向直边区，使直边区材料沿横向显得偏多，造成工件的刚性不好，严重时可造成工件的形状不规则，出现扭曲现象。 二．矩形件的变形程度表示方法 矩形件的假想拉深系数m r ： 表4-19：由平板毛坯一次拉成矩形件的极限拉深系数m r 。 表4-20：由平板毛坯一次拉成矩形件所能达到的圆角区最大相对高度H/r c 。 表4-21：由平板毛坯一次拉成矩形件所能达到的以高度H与宽度B之比表示的最大相对高度H/B。 三．矩形件再拉深变形分析 矩形件的再拉深是指以前道工序拉成的具有直立侧壁的空心件为工序件再拉深成矩形件或方形件。 矩形件的再拉深与圆筒形件有很大的不同。拉深矩形件时径向应变与切向应变不具有均匀性，工序件不相似，截面不为矩形。 矩形件顺利再拉深的过程：在高度以h 2 表示的直壁不断增加且不产生塑性变形的同时， 前次工序件高度以h 1表示的直壁应平稳地减小，而处于两直壁之间的扇形变形区在h 1 减小
学生学号实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级成型1001班 2012-- 2013学年第二学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
教案 （理论课） 2010～2011学年第2学期 课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系 授课班级焊接091 主讲教师晏丽琴 职称讲师
培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况
系主任：年月日 目录 第一章绪论 第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、材料加工的基本要素和流程 第二节材料成形的一些基本问题和发展概况 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况 第三节本课程的性质和任务 绪论 学习思考问题 ·材料加工的基本要素和流程是什么？ ·材料成形存在的基本问题是什么? ·本课程的性质和基本任务是什么? 一、材料加工概述 任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类： (1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。 (2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。 (3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。
(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。 根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。 二、材料加工的基本要素和流程 材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。 任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。 三大流程： 1.材料流程 表征加工过程特点的类型； 要改变形状尺寸和性能的材料状态； 能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程； 2.能量流程 包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能 3.信息流程 形状信息、性能信息
成型零件工件尺寸计算案例 、塑料制品 制品如图1所示，材料为ABS。以下计算相关模具凹模、型芯的直径和高（深）度、螺纹直径以及孔的中心距尺寸。 图1制品尺寸二、计算 1、确定模塑收缩率 查模具设计手册得知，ABS的收缩率为0.4?0.8%。 收缩率的平均值为： B 一% =0.6% 2、确定制品尺寸公差等级，将尺寸按规定形式进行处理 查常用塑料模塑公差等级表，对于ABS塑件标注公差尺寸取MT3 ,未注公差尺寸取MT5级，以满足模具制造和成型工艺控制，满足制品要求。 查得制品未注公差尺寸的允许偏差为双向偏差形式，按照尺寸形式的规定，作如下转换： 塑件外径『' ' 内部小孔'一1一’' 塑件高度三1顼二--------- 1 '- 3、计算凹模、型芯工作尺寸 ...... …月—i. 取模具制造公差五厂。 1）凹模尺寸 径向尺寸'-V - - :'注J 匕二[50.32 +50.32x0.006—"0.64]十年 片口40.lt —?，，，，、 =（不保留小数位） 高度尺寸、T. =21祁'H （不保留小数位） 2）型芯尺寸 大型芯径向尺寸 ,-',：-；一』'L」一 L ' 孩=[45+45x0.006 + 1、』0.361 顷 ==45.5 w （保留一位小数）大型芯高度尺寸二- 一-1"
^ = 18+18x0.006 + jx0.2] … =18.2 （保留一位小数） 或= [786 + 7.86 x O.OQ6 T E.28] 小型芯径向尺寸 =8 7叩（不保留小数位） 小型芯高度尺寸 f ，-L -:] '" 一 , .... - : : -.J . - 22-i ：：： =2.2 两个小型芯固定孔的中心距 匕M =【￡$+￡孩性】土*% 皿 上二【30+30x0.006]土于 _3。2 +。。35 -3U.2 H U.U35 取制造公差为土 U.U1，因土 U.U1V 土 U.U35,满足要求，故最后确定两小型芯固定孔的中 心距为 上= 30 2 + 0 01 4、计算螺纹型芯和螺距工作尺寸 查普通金属螺纹基本尺寸标准（ GB197 — 81）,得: OB. 。献 , 己 gL 3 * =d 中=7.188; 亡=d 大=8; 小=d 小=6.647; =螺距 p=1.25 查普通金属螺纹公差标准( GB197 — 81),得: b=0.2 '-' 或查表4---5及表4---6:得: 喝=0.03的中=0.02公卜=0.03螺距公差位 =0.02 , 二 +s)* 螺纹型芯大径 、 ? ’?吠 =广 + > .1.1. L : ）-0.03=8.25-0.03 螺纹型芯中径 d l 「「=7.38-0.03 螺纹型芯小径 d-;l - '■1 1 ""'- =（ - - lr ：|_ -1 ）-0.03=6 . 89-0.03
圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟 摘要：在冲压生产中，拉深是广泛使用的工序。通过拉深可获得筒形、阶梯形、锥形、球形等零件。平板毛坯拉深成筒状开口零件时口部出现飞边卷口现象，对 此进行切边设计。 关键词：筒形件；模具结构；拉深间隙 Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过 程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间 及试模周期。在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢 的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后 续拉深模具设计提供依据。 1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算 图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度 为IT14级。本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装 置的使用与否以及压边力的计算。 1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算 由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。 该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6mm。由拉深毛坯尺寸的计算公式可知： 根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm 由此计算出防尘盖毛坯尺寸： 1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算 本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为： t/D≥（0.09～0.17）（1-m） 由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。 因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。 查表得出，该零件总拉深系数大于其极限拉深系数0.55，因此可一次拉深成形。 1.3压边力的计算 一次拉深成形时的压边力：FY=Ap，查表可知，根据零件的复杂程度，p可以 取值为2.5、3和3.7MPa。因本文中零件为简单的带凸缘圆筒形件，因此取P值 为2.5Mpa。压边圈的面积应与凸模相配合，其最大直径考虑与毛坯重合，由此计算出： FY=Ap≈π（263.52-1722）×2.5≈312809N 综上所计算的结果，该零件拉深毛坯的尺寸D=527mm，可一次拉深成形，拉 深过程中需要使用压边圈防止起皱，压边力FY=312809N。 为验证理论计算的正确性及在此压边力下是否可以得到合格的零件，利用Dynaform软件对其成形过程进行模拟。
3、 成型零件工件尺寸计算案例 —、塑料制品 制品如图1所示，材料为ABS 。以下计算相关模具凹模、型芯的直径和高（深）度、螺 纹直径以及孔的中心距尺寸。 图1制品尺寸 二、计算 确定模塑收缩率 查模具设计手册得知， ABS 的收缩率为0.4?0.8%。 收缩率的平均值为： % =0.6 % 确定制品尺寸公差等级，将尺寸按规定形式进行处理 查常用塑料模塑公差等级表， 对于ABS 塑件标注公差尺寸取 MT3，未注公差尺寸 取MT5级，以满足模具制造和成型工艺控制，满足制品要求。 查得制品未注公差尺寸的允许偏差为双向偏差形式， 按照尺寸形式的规定， 作如下 转换： 计算凹模、型芯工作尺寸 胃 一 b 取模具制造公差￡ --。 Mos 和 10 30tOJ4 1、 2、 塑件外径 050土 0.32 -- 卩力0.32 讪 内部小孔 ^±0.14 ------ 耐 塑件高度 21±0.22
1）凹模尺寸3、
q 二[50.32 + 50 32 x 0.006 — |x D 64]*譽 =冗 （不保留小数位） （不保留小数位） 2）型芯尺寸 7 = [45 +45x0.006 + |x 0.36]_…, P = 45.5国购(保留一位小数) J Y J ；, =18+lSx0.006 + §x0.2] … =18.2丸2 （保留一位小数） = [7.36 + 7.86x0.006 + ￥x0?亞]耐 小型芯径向尺寸 丁 =8司刃（不保留小数位） 小型芯高度尺寸 % =[芯+ H 加CP +勢产 g =[；2 + 2xO.OC6-k|x0.2)_Q,(ji 两个小型芯固定孔的中心距 G = [￡§十丄占瓦门土*务 073 S 诃+和心06]±手=30.2 ±0.035 取制造公差为± 0.01，因± 0.01 <± 0.035，满足要求，故最后确定两小型芯固定孔的中 心距为 S =30.2 + 0.01 4、计算螺纹型芯和螺距工作尺寸 查普通金属螺纹基本尺寸标准（ GB197 — 81），得: 中=7.188; 久尢=d 大=8； °'卜=d 小=6.647; =螺距 p=1.25 径向尺寸 高度尺寸 大型芯径向尺寸 5=迟+乓$3+討严 大型芯高度尺寸 =2.2呦
矩形件拉深展开计算标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
一．拉深矩形件的变形特点 A长边、B短边、H高度，长边与短边连接处的圆角半径称为转角半径，以r c 表示， 直边与盒底连接处的圆角半径称为底角半径，以r p 表示，盒形件有4个直边区，分别为2 个长直边区A-2r c ，2个短直边区B-2r c ，有4个圆角区，即r c 区，相当于以2r c 为直径的 圆筒形件的1/4，r c /B越小，越能反映矩形件的变形特点，r c /B等于时，工件形状为长圆 形，比值A/B越接近于1，变形将越接近圆筒形件。 网格试验结果：在平板毛坯上有规律地划出网格，在直边区单元网格为矩形，横向间 距a与纵向间距b各自都处处相等，在圆角区单元网格为扇形，纵向间距b处处相等，横 向间距a则越远离r c 中心越大。拉深后，两种网格均产生了不均匀的变形。 1．直边区不是简单的弯曲，横向受到压缩，纵向受到拉伸，越靠近圆角区变形越大。 拉深后横向间距a缩短了，越靠近圆角区、越靠近边缘缩短得越多。纵向间距b伸长了，越靠近圆角区伸长的越多。在直边中间纵向间距基本没有变化，仍保持相等的初始间距。 2．圆角区变形得到了减轻，横向的压缩变形要比相应的圆筒形件减轻，纵向的拉伸变形也比相应的圆筒形件减轻。 圆角区的辐射线未变成平行线，横向间距仍保持上大下小。纵向间距的变化没有圆筒形件的变化程度大。 3．应力分布不均匀，圆角区中间最大，向两侧直边区逐渐减小。 拉深矩形件的变形区主要在圆角区，其应力与应变状态与圆筒形件是相同的，由变形
的不均匀性可以推断应力的分布是很不均匀的。径向拉应力、切向压应力沿凹模口的分布是圆角区较大，直边区很小，最大值在角平分线处。 的两倍的可比条件下，矩形件拉破结论：在圆筒形件的直径d等于矩形件转角半径r c 的危险性比圆筒形件要小得多，因此允许的变形程度可比圆筒形件更大些。 矩形件拉深时同样存在起皱与拉破问题，且发生在圆角区。在直边区还有一个特殊的直边缓松工艺问题，这时由于拉深过程中圆角区材料从横向挤向直边区，使直边区材料沿横向显得偏多，造成工件的刚性不好，严重时可造成工件的形状不规则，出现扭曲现象。 二．矩形件的变形程度表示方法 ： 矩形件的假想拉深系数m r 。 表4-19：由平板毛坯一次拉成矩形件的极限拉深系数m r 。 表4-20：由平板毛坯一次拉成矩形件所能达到的圆角区最大相对高度H/r c 表4-21：由平板毛坯一次拉成矩形件所能达到的以高度H与宽度B之比表示的最大相对高度H/B。 三．矩形件再拉深变形分析 矩形件的再拉深是指以前道工序拉成的具有直立侧壁的空心件为工序件再拉深成矩形件或方形件。 矩形件的再拉深与圆筒形件有很大的不同。拉深矩形件时径向应变与切向应变不具有均匀性，工序件不相似，截面不为矩形。
矩形件的拉深 一． 拉深矩形件的变形特点 A 长边、 B 短边、H 高度，长边与短边连接处的圆角半径称为转角半径，以r c 表示，直边与盒底连接处的圆角半径称为底角半径，以r p 表示，盒形件有4个直边区，分别为2个长直边区A-2r c ，2个短直边区B-2r c ，有4个圆角区，即r c 区，相当于以2r c 为直径的圆筒形件的1/4，r c /B 越小，越能反映矩形件的变形特点，r c /B 等于时，工件形状为长圆形，比值A/B 越接近于1，变形将越接近圆筒形件。 网格试验结果：在平板毛坯上有规律地划出网格，在直边区单元网格为矩形，横向间距a 与纵向间距b 各自都处处相等，在圆角区单元网格为扇形，纵向间距b 处处相等，横向间距a 则越远离r c 中心越大。拉深后，两种网格均产生了不均匀的变形。 1． 直边区不是简单的弯曲，横向受到压缩，纵向受到拉伸，越靠近圆角区变形越大。 拉深后横向间距a 缩短了，越靠近圆角区、越靠近边缘缩短得越多。纵向间距b 伸长了，越靠近圆角区伸长的越多。在直边中间纵向间距基本没有变化，仍保持相等的初始间距。 2． 圆角区变形得到了减轻，横向的压缩变形要比相应的圆筒形件减轻，纵向的拉伸变 形也比相应的圆筒形件减轻。 圆角区的辐射线未变成平行线，横向间距仍保持上大下小。纵向间距的变化没有圆筒形件的变化程度大。 3． 应力分布不均匀，圆角区中间最大，向两侧直边区逐渐减小。 拉深矩形件的变形区主要在圆角区，其应力与应变状态与圆筒形件是相同的，由变形的不均匀性可以推断应力的分布是很不均匀的。径向拉应力、切向压应力沿凹模口的分布是圆角区较大，直边区很小，最大值在角平分线处。 结论：在圆筒形件的直径d 等于矩形件转角半径r c 的两倍的可比条件下，矩形件拉破的危险性比圆筒形件要小得多，因此允许的变形程度可比圆筒形件更大些。 矩形件拉深时同样存在起皱与拉破问题，且发生在圆角区。在直边区还有一个特殊的直边缓松工艺问题，这时由于拉深过程中圆角区材料从横向挤向直边区，使直边区材料沿横向显得偏多，造成工件的刚性不好，严重时可造成工件的形状不规则，出现扭曲现象。 二． 矩形件的变形程度表示方法 矩形件的假想拉深系数m r ： r H rH r m rH R r r r r r r H r r R r rd dh d D R r m r p c p p c c c c r /21 2214.086.0256.072.1402202 20 =====--+=--+== 表4-19：由平板毛坯一次拉成矩形件的极限拉深系数m r 。 表4-20：由平板毛坯一次拉成矩形件所能达到的圆角区最大相对高度H/r c 。 表4-21：由平板毛坯一次拉成矩形件所能达到的以高度H 与宽度B 之比表示的最大相对高度H/B 。 三． 矩形件再拉深变形分析 矩形件的再拉深是指以前道工序拉成的具有直立侧壁的空心件为工序件再拉深成矩形
4 . 2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计 圆筒形零件是最典型的拉深件，掌握了它的工艺计算方法后，其它零件的工艺计算可以借鉴其计算方法。下面介绍如何计算圆筒形零件毛坯尺寸、拉深次数、半成品尺寸，拉深力和功，以及如何确定模具工作部分的尺寸等。 4.2.1 圆筒形拉深件毛坯尺寸计算 1.拉深件毛坯尺寸计算的原则 （1）面积相等原则 由于拉深前和拉深后材料的体积不变，对于不变薄拉深，假设材料厚度拉深前后不变，拉深毛坯的尺寸按“拉深前毛坯表面积等于拉深后零件的表面积”的原则来确定(毛坯尺寸确定还可按等体积，等重量原则)。 （2）形状相似原则 拉深毛坯的形状一般与拉深件的横截面形状相似。即零件的横截面是圆形、椭圆形时，其拉深前毛坯展开形状也基本上是圆形或椭圆形。对于异形件拉深，其毛坯的周边轮廓必须采用光滑曲线连接，应无急剧的转折和尖角。 拉深件毛坯形状的确定和尺寸计算是否正确，不仅直接影响生产过程，而且对冲压件生产有很大的经济意义，因为在冲压零件的总成本中，材料费用一般占到60 %以上。 由于拉深材料厚度有公差，板料具有各向异性；模具间隙和摩擦阻力的不一致以及毛坯的定位不准确等原因，拉深后零件的口部将出现凸耳(口部不平)。为了得到口部平齐，高度一致的拉深件，需要拉深后增加切边工序，将不平齐的部分切去。所以在计算毛坯之前，应先在拉深件上增加切边余量(表42.1、4.2.2)。 表4.2.1无凸缘零件切边余量Δh（mm) 拉深件高度h 拉深相对高度h/d或h/B 附图>0.5～0.8 >0.8～1.6 >1.6～2.5 >2.5～4 ≤10 >10～20 >20～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250 >250 1.0 1.2 2 3 4 5 6 7 1.2 1.6 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 1.5 2 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 2 2.5 4 6 8 10 11 12 [img=118,139]mhtml:file://F:\ 冲压\4 _ 2 直壁旋转体零件 拉深工艺的设 计.mht![/img] 表4.2.2有凸缘零件切边余量ΔR（mm) 凸缘直径dt或Bt 相对凸缘直径dt/d或Bt/B 附图< 1.5 1.5～2 2～2.5 2.5～3 < 25 >25～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250 >250 1.8 2.5 3.5 4.3 5.0 5.5 6.0 1.6 2.0 3.0 3.6 4.2 4.6 5.0 1.4 1.8 2.5 3.0 3.5 3.8 4.0 1.2 1.6 2.2 2.5 2.7 2.8 3.0 [img=125,125]mhtml:file://F:\ 冲压\4 _ 2 直壁旋转体零件 拉深工艺的设 计.mht![/img] 2.简单形状的旋转体拉深零件毛坯尺寸的确定(图4.2.1)
成型零件工件尺寸计算案例 一、塑料制品 制品如图1所示，材料为ABS。以下计算相关模具凹模、型芯的直径和高（深）度、螺纹直径以及孔的中心距尺寸。 图1制品尺寸 二、计算 1、确定模塑收缩率 查模具设计手册得知，ABS的收缩率为0.4～0.8％。 收缩率的平均值为： ％=0.6％ 2、确定制品尺寸公差等级，将尺寸按规定形式进行处理 查常用塑料模塑公差等级表，对于ABS塑件标注公差尺寸取MT3，未注公差尺寸取MT5级，以满足模具制造和成型工艺控制，满足制品要求。 查得制品未注公差尺寸的允许偏差为双向偏差形式，按照尺寸形式的规定，作如下转换： 塑件外径 内部小孔 塑件高度 3、计算凹模、型芯工作尺寸 取模具制造公差。 1）凹模尺寸
径向尺寸 = （不保留小数位） 高度尺寸 = （不保留小数位） 2）型芯尺寸 大型芯径向尺寸 = 45.5（保留一位小数） 大型芯高度尺寸 =18.2（保留一位小数） 小型芯径向尺寸 =8（不保留小数位） 小型芯高度尺寸 = 2.2 两个小型芯固定孔的中心距 =30.2±0.035 取制造公差为±0.01，因±0.01＜±0.035，满足要求，故最后确定两小型芯固定孔的中心距为 4、计算螺纹型芯和螺距工作尺寸 查普通金属螺纹基本尺寸标准（GB197—81），得： =d中=7.188；=d大=8；=d小=6.647; =螺距p=1.25
查普通金属螺纹公差标准（GB197—81），得： b=0.2 =； 或查表4---5及表4---6: 得： =0.03 =0.02 =0.03 螺距公差=0.02 螺纹型芯大径 = ()-0.03=8.25-0.03 螺纹型芯中径d d=7.38-0.03 螺纹型芯小径d = ()-0.03=6. 89-0.03 螺距 = =1.260.01 5、零件图成型尺寸、结构尺寸和表面粗糙度的标注 凹模尺寸标注： 小型芯尺寸标注：
圆筒形拉深件毛坯尺寸计算 2007-10-24 15:39:04| 分类：专业知识 | 标签： |字号大中小订阅 4 . 2 直壁旋转体零件拉深工艺的设计 圆筒形零件是最典型的拉深件，掌握了它的工艺计算方法后，其它零件的工艺计算可以借鉴其计算方法。下面介绍如何计算圆筒形零件毛坯尺寸、拉深次数、半成品尺寸，拉深力和功，以及如何确定模具工作部分的尺寸等。 4.2.1 1.拉深件毛坯尺寸计算的原则 1）面积相等原则 表面积等于拉深后零件的表面积”的原则来确定(毛坯尺寸确定还可按等体积，等重量原则)。 2）形状相似原则 、椭圆形时，其拉深前毛坯展开形状也基本上是圆形或椭圆形。对于异形件拉深，其毛坯的周边轮廓必须采用光滑曲线连接，应无急剧的转折和尖角。 压零件的总成本中，材料费用一般占到60 %以上。 件的口部将出现凸耳(口部不平)。为了得到口部平齐，高度一致的拉深件，需要拉深后增加切边工序，将不平齐的部分切去。所以在计算毛坯之前，应先在拉深件上增加切边余量(表42.1、4.2.2)。 表4.2.1无凸缘零件切边余量Δh（mm) 拉深件高度h 拉深相对高度h/d或h/B 附图>0.5～0.8 >0.8～1.6 >1.6～2.5 >2.5～4 ≤10 >10～20 >20～50 >50～100 >100～150 >150～200 >200～250 >250 1.0 1.2 2 3 4 5 6 7 1.2 1.6 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 1.5 2 2.5 3.8 5 6.3 7.5 8.5 2 2.5 4 6 8 10 11 12 [img=118,139]mhtml:file:/ /F:\冲压\4 _ 2 直壁旋转体 零件拉深工艺的设 计.mht! [/img] 表4.2.2有凸缘零件切边余量ΔR（mm) 凸缘直径dt或Bt 相对凸缘直径dt/d或Bt/B 附图< 1.5 1.5～2 2～2.5 2.5～3 < 25 >25～50 >50～100 1.8 2.5 3.5 1.6 2.0 3.0 1.4 1.8 2.5 1.2 1.6 2.2 [img=125,125]mhtml:file:/ /F:\冲压\4 _ 2 直壁旋转体 零件拉深工艺的设
实验报告 塑性成型过程的数值模拟 班级：机自07 姓名：欧阳罗辉 学号：10011170 2012年12月
一、实验目的： 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、软件操作过程: 1. 导入压边圈、板料、下模板、上模板图形文件 点击File —Import，出现Import File 对话框，找到“ L型弯曲零件图” 选中binder.igs,点击Import，如此，依次导入四个模型文件，最后点击“确定”确认
四个模型导入后，结果如图 2. 重命名文件 点击PartLEdit ，出现Edit Part 对话框，这里便要依次更改文件名 首先选用红色文件名“ cOOIvOOO 1 ”，在上面的Name 对话框中输入binder ，然后点击 Modify ，以此类推输入 banker 、die 、punch 。 Edit Part 3. 对各图形文件划分有限元网格 1. Binder 零件网格划分
n 点击口图标，出现Part Turn。。。对话框，依次单击banker 2, die 3, punch 4,它们都会被取消选中，只留下binder 1被显示，点击0K确定。然后点击右下角的Current Part，弹出Current Part对话框，选择binder 1，点击OK确定。 点击Preproces L Element，弹出Element对话框，选择Part Turn On/Off Select by Cursor 第四个图标（自动模式），将Max Size改为10，点击Select Surfaces点击Displayed Surf，点击OK，点击Apply，点击Yes,点击Exit，点击OK，于是第一个零件网格划分完 成。 2. Banker零件网格划分 n 点击i□图标，取消Binder 1零件的显示，添加Banker 2 Select Dy Name All On |AllOfi OK Undo F Only SeledOn 零件的显示，点击OK确定。然后点击右下角的Current Part图标，将当前零件选成Banker 2, 点击OK确定。 点击Preproces A Element,弹出Element对话框，选择第三个图标，弹出Control Keysto ne对话框，点击POINTS/NODES，弹出In put Coo。。。对话框，选中Poi nt,然后在绘图区沿顺时针或者逆时针方向依次选中Ba nker零件的四个顶点，如下图所示
材料成型计算机模拟(纯手工打造)
一、名词解释 1计算机模拟的概念：根据实际体系在计算机上进行模拟实验，通过将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较，可以检验模型的准确性，也可以检验由模型导出的解析理论作为所作的简化近似是否成功。1 2材料设计是指（主要包含三个方面的含义）：理论计算→预报→组分、结构和性能；理论设计→订做→新材料；按照生产要求→设计→制备和加工方法。1 3数学模拟的定义：就是利用数学语言对某种事务系统的特征和数量关系建立起来的符号系统。 4数学建模是一种具有创新性的科学方法，它将实现问题简化，抽象为一个数学问题或数学模型，然后采用适当的数学方法进行求解，进而对现实问题进行定量分析和研究，最终达到解决实际问题的目的。1 5数学模型的建立方法——理论分析法：应用自然科学中的定理和定律，对被研究系统的有关因素进行分析、演绎、归纳，从而建立系统的数学模型。 6数学模型的建立方法——模拟方法：如果模型的结构及性质已经了解，但是数量描述及求解却相当麻烦。如果有另一种系统，结构和性质与其相同，而且构造出的模型也是类似的，就可以把后一种模型看作是原来模型的模拟，对后一个模型去分析或实验，并求得其结果。 7数学模型的建立方法——类比分析法：如果有两个系统，
的情况为差分方程的收敛性。2 15初截荷法是将塑性变形部分视为初应力或初应变来处理，将塑性变形问题转化为弹性问题的求解方法。4 16刚塑性有限元法不计弹性变形，采用屈服准则和方程，求解未知量为节点速度。5 17凝固模拟技术：用计算机高速度大容量的计算能力，对浇注凝固过程中相关的各物理场进行数值求解，可以预见一定工艺方案下，浇注凝固过程中的各物理行为方式，从而可以推断是否会产生缺陷以及产生缺陷的定量特征。6 18可视化处理：必须按照这些数据既定的数据结构和取值的规定性，通过计算机程序去求解、去识别，并将其组织、构造成相应的图形、图像、曲线乃至动画等等，使其直观可视，直接反应出工程相关的信息，直接揭示出工程相关的因果关系，为铸造工艺的优化提供准确的决策依据。6 19数据阵列：作为数值求解结果的解数据，是一个庞大的数值阵列，这些琐碎而沉繁的数据本身并不能直接向人们揭示充型或凝固过程的物理内涵。6 20前处理：在凝固模拟技术中，值域的离散化、方程的差分化通常被称为前处理。 21后处理：用计算机图形表示分析计算所得的数值结果，结果数据的可视化、动画化通常被称为后处理。 22导热——物体个部分之间不发生相对位移，依靠分子、原
金属成型过程数值模拟 上 机 实 验 报 告 专业：材料成型及控制工程 班级：型0842 姓名： 姚守冠 学号：081841106 实验名称：中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 指导教师：沈晓辉、杨森、曾国成等 上机实验时间： 2011年5月24日 报告完成日期：2011年6月1日 上机实验地点：教三507 金属塑性成型数值模拟系统：硬件配置 软件系统 MSC. Autoforge 3.1 一、实验原理（参考教材相关章节） 金属成型过程有限元分析的基本思想、计算步骤 MSC. Autoforge 功能简介、分析步骤 二、实验条件和要求 2参数与要求 2.1 上机题目 中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 已知参数如下： 轧辊直径：840mm ，辊身长度：2500mm ，转速：80 rpm ； 轧件入口厚度：180mm ，宽度：1800mm ，长度：1000mm ； 轧制方式：纵轧，压下量：36mm （=?H H 20%）， 轧件材质：C22 开轧温度：1250℃（温度均匀）。
2.2 要求 用有限元法对轧制过程进行3-D 弹塑性力学分析，并给出以下结果： （1）最终轧制状态图 （2）分析轧件最大宽展量B ?（mm ）并给出稳定轧制时的相对宽展量%??B B ； （3）评估稳定轧制时的单位压力p （MPa ）； （4）打印轧制力随时间的变化图，并指出最大轧制压力max P （kN ）。 三、实验过程 1、有限元分析模型的建立（插图：图1 有限元分析模型图） 陈述建模过程，从进入主菜单开始，按顺序完成前处理的所有参数设置和 定义 3.1 文件操作 在开机后，进入分析系统前，先在D 盘下建立自己的文件夹。文件夹名必须为自己的学号，如你的学号为029014145，则文件夹名为029014145。建立的方法是在桌面上双击“我的电脑”，打开D 盘，建立新文件夹，然后将“新建文件夹”改为自己的学号。 3.2 进入分析系统 用鼠标双击桌面AutoForge 3.1 SP1图标，进入分析系统的主菜单，然后选择三维力学分析。 用鼠标左键点击3-D ANALYSIS 中按钮MECHANICAL 即可。进行上述操作后即进入三维力学分析的主菜单。
二、填空题 1材料科学：以材料的组成、结构、性能和加工等为研究对象的一门科学。1 2材料、能源和信息称为当代文明的三大支柱。1 3材料的分类：组成与结构:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等。1 4材料的分类：性能和作用：结构材料和功能材料。1 5数学建模的过程包括：建模准备、建模假设、构造模型、模型求解、模型分析、模型检验、模型应用。1 6对实体的认识过程：描述性数学模型、解释性数学模型。1 7建立立模型的数学方法：初等模型、图论模型、微分方程模型、随机模型。1 8模型的应用领域：人口模型、环境模型、水资源模型、污染模型。1 9模型的特征：静态模型和动态模型、离散模型和连续性模型。1 10对模型的了解程度：白箱模型、灰箱模型和黑箱模型。1 11材料成型方法涉及到的物理、化学和力学现象。1 12材料成型过程的基本规律可应用一组微分方程来描述：流动方程、热传导方程、平衡方程或运动方程、即场方程或控制方程。1 13材料成型问题——场方程——定解条件——边值条件，初始条件——方程解析解。1 14金属型模具温度场的分析内容：前处理——求解——后处理。6 15流场与缺陷形成有紧密的相关性，通过流场的模拟可以预测可能产生缺陷的位置和程度，从而提高改进的方向。 16导热特点：1）物体之间不发生宏观相对是位移；2）依靠微观粒子（分子、原子、电子等）的无规则热运动。3）是物质的固有本质。6 17计算机仿真包括两方面的工作：1）建立仿真对象的（数学模型）；2）求解，并将结果表示出来。 18有限元分析的后处理程序的功能：1）对计算结果的加工处理；2）计算结果的（图形）表示。2 19用于表示计算结果的图形表示形式：1）结构变形图；2）等值线图；3主应力迹线图；4）等色图。2 20一维空间Fourier 定律表示成下式：q=x ??-t λ 。7 21当x 方向的温度分布呈线性时，温度梯度表达式： 1 21 2x T x T T x --= ??。722虚拟现实技术重要特征：多感知性、（存 在感）、交互性、自主性。 223初始条件：温度初始条件、（压力）初始条件、速度初始条件、组织初始条件。3 三、简答题。。。。。。1数值模拟方法的基本特点?1 答：将微分方程的边值问题的求解域进行离散化，将原来求得在求解域内处处满足场方程，在边界上处处满足边界条件得解析解 的要求降低为求得在给定的离散点（节点）上满足由场方程和边界条件所导出的一组代数方程的数值解。因此使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。 2有限元法的特点？1 答：将求解域离散为一组有限个形状简单且仅在节点处相互连接的单元的集合体，在每个单元内用一个满足一定要求的差值函数描述基本未知量在其中的分布。随着单元尺寸的缩小，近似德尔数值求解越来越逼近精确解。有限元法适应任意复杂的和变动的边界。 3有限差分法的特点？1 答：以差分代替微分，将求解对象，在时间与空间上进行离散对每个离散单元进行各种物理场分析（温度场、流动场、应力场），然后将所有单元的求解结果汇总，得到整个求解对象在不同时刻的行为变化，并对分析对象的可能变化趋势作出预测。有限差分法有点：求解过程简单，速度快，前后置处理易于实现。 5做金属成形工艺数值模拟需要客户准备哪些数据？1 答：客户需要提供数据包括：工艺参数，坯料、模具的形状尺寸数据和材料性能数据，压力机数据等。对于冲压工艺：材料性能数据只包括板料在室温条件下的力学性能能数据例如：应力应变曲线、n 值（应变硬化指数）的测定与r 值（厚向异性系数），成形极限图等。 对于锻造工艺：如果客户需要了解模具的变形和应力数据，则还需要提供模具的力学性能数据。如果是热锻，除了需要提供模具和坯料在锻造温度条件下的力学性能数据外，还需要提供与坯料与微观组织有关的数据。 8有限差分法在材料成形领域的应用？ 答：1）材料加工中的传热分析——铸造成型过程的传热凝固，塑性成形中的传热，焊接成型中的传热；2）材料加工中的流动分析——铸件充型过程，焊接熔池的产生，移动，激光熔覆中的动量传递；3）应力分析。 9有限差分法差分原理？2 答 ： 函 数 y=f(x) 对 x 的 导 数 x x f x x f x y dx y x x ?-?+=??=→?→?) ()(d lim lim 00 向前差分：=?y f(x+ x ?)-f(x)； 向后差分：=?y f(x)-f(x- x ?)；中心差分：=?y f(x+ x ?21)-f(x x ?2 1) 10有限差分法二阶向前差分形式？2 答 [][][]) ()(2)2()()()()2() ()()()()y 2x f x x f x x f x f x x f x x f x x f x f x x f x f x x f y +?+-?+=-?+-?+-?+=?-?+?=-?+?=??=?（ 11有限差分法n 阶向前差分形式？2 答：
等以液态铸造成形，固态塑性成形和连续成形以及黏流态注射成形等为代表的材料加工工程。 将一个成形铸造过程定义为由一组控制方程加上边界条件构成的数学的有解的问题，是在计算机系统平台上利用数值方法仿真（虚拟）材料的成形过程。目的：帮助人们认识与掌握材料特性、成形方案、工艺参数等内在、外在因数对材料成形质量和工模具寿命 分）成有限个形状简单的子域单元②利用有限个节点将各子域连接起来，使其分别承受相应的等效节点载荷③借助子域插值函数和“平衡”条件构建各子域的物理场控制方程④将这些方程按规则组合⑤在给定的 载荷、建立边界初始条件②求解计算过程，内容：计算刚度曲线、节点位移、应变应力③后置处理过程， 件或曲面零件的一种冲压加工方法。②胀形：在模具作用下，迫使毛坯厚度减薄和表面积增大，以获得零件几何形状的冲压加工方法。③修边：指利用模具刃口切除拉深件上工艺补充部分材料的冲压加工方法。 ④翻边：指利用模具将板坯或制作上的内外边缘翻制成竖边的冲压加工方法。⑤弯曲：指在模具的作用下，将板料或板料局部按设计要求弯制成一定角度和一定曲率半径的冲压加工方法。⑥落料和冲孔：两者都是 利用模具刃口沿封闭轮廓曲线冲切毛坯而完成加工，落料获得平板零件或板坯， 具体有：①起皱缺陷模拟：起皱是薄板冲压成形中常见的缺陷之一，起皱严重到一定程度将使零件报废，仿真技术能较好地预测给定条件下冲压件可能产生的起皱，并通过修改模具或工艺参数予以消除。②拉裂：是冲压件成形失效的另一种形式，采用计算机仿真技术能够较为准确地计算材料在冲压成形中的流动情况，因而可较准确地预测变形体内的应变分布和板坯的减薄，为判断是否存在拉裂可能性提供科学、可靠的依据。③回弹：冲压成形件卸载后的回弹是不可避免的物理现象，冲压成形数值模拟技术的诞生为计算复杂冲压件的回弹提供了有 、①在UG 软件中生成零件模型，将生成零件另存为iges格式文件。②在Dynaform软件中点击菜单栏中的“文件”，出现下拉菜单，选择“导入”，弹出对话框，选择对象文件，点击“确定”。 2、零件网格划分：①打开后缀名为“.df“的零件，并设为当前零件。②点击菜单栏中“前处理”选择“单元”，弹出单元对话框。③点击对话框中“曲面网格化”，点击右上角“网格划分”按钮，弹出网格对话框。 ④在网格对话框中点击“选择曲面”，用十字光标点击曲面使之变白，点击确定。⑤点击“应用”，并接受自动网格划分结果即可。