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基于有限元分析的级进模优化设计

发布于:2016-07-13 20:14
有限元分析

      级进模中拉深工序的设计往往是级进模开发的关键。长期依赖经验公式的级进模拉深工序设计,由于产品材料性能和拉深工艺条件的变化,往往不是最佳的,有时甚至不可靠。这种经验设计方法已经远远不能满足现代制造业发展的需要。运用有限元分析模拟技术对级进模拉深工序进行分析和优化,能有效提高设计的稳健性,节约了模具的开发时间和成本。
      本研究针对级进模拉深的特点,提出了基于FEA的级进模拉深工序优化设计方法。图级进模拉深工序优化设计流程图首先,根据拉深件的几何外形,利用经验公式对拉深毛坯尺寸、拉深次数和各工序拉深直径以及级进模拉深的工艺切口形式进行初步设计。然后,基于经验设计提供的工艺信息建立拉深的有限元模型,输入材料特性和一定的工艺条件对拉深过程进行模拟,分析比较工艺条件的改变对拉深成形的影响,从而对基于经验公式的拉深工序设计进行修改和优化。
      基于上述设计流程,为一个带有侧冲孔和商标印的圆筒件级进模的拉深工序进行了优化设计。该零件材料为08F钢,料厚0.25mm,外形及尺寸如图所示。
      (1)按如下经验公式,求毛坯的计算直径D1:D1=d21+6.28rd1+8r2+4d2h+6.28r1d2+4.56r21,代入图提供的圆筒件尺寸,得:D1≈70.5mm。
      (2)查表得修边余量:δ=1.5mm。
      (3)实际毛坯直径为:D=D1+δ=72.0mm。
      从以上计算不难发现,该零件总的拉深系数稍小于经验公式提供的首次拉深系数,由于该零件步距较长,如果该圆筒件能一次拉深成形,一方面可以大大减小模具尺寸,降低模具复杂度,另一方面还可以提高该拉深件的表面质量。针对上述要求,建立了该零件一次拉深的有限元模型,对该圆筒件一次拉深成形的可行性进行了有限元分析,同时校核工艺切口设计的合理性。
      根据经验设计提供的毛坯尺寸、凸凹模直径和圆角半径,在板料成形性分析AppDynaform中建立毛坯、凸凹模和压边圈的几何曲面,并将这些曲面离散成四边形和三角形单元,如图所示。在有限元模型中凸模、凹模和压边圈假设为刚体,板料近似为各项异性材料,各项异性由厚向异性系数描述。材料的硬化曲线由公式近似描述:
      有限元模型中所需的板料力学性能参数K、n、r值由文献提供,其数值如表所示。
      润滑和压边力是拉深工艺中两个最重要的工艺参数,不合适的润滑条件和压边力将直接导致拉深件的起皱和拉裂。为了研究该圆筒件一次拉深成形的工艺条件,在有限元模型中分别取不同的摩擦系数和压边力进行运算,再对结果进行比较和分析。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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