廖世超基于Dynaform软件的U形件回弹模拟及方案优化资料.docx
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廖世超基于Dynaform软件的U形件回弹模拟及方案优化资料
JIUJIANGUNIVERSITY
毕业设计
题目基于Dynaform软件的U形件回弹
模拟及方案优化
英文题目SimulationofspringbackofUshapepartandoptimizationbasedondyna-
formsoftware
院系机械与材料工程学院
专业机械设计制造及其自动化
姓名廖世超
年级2010(机A1013)
指导老师孙国栋
二零一四年六月
摘要
Dynaform是一款用于板料成形数值模拟的CAE软件,它可以模拟板料在弯曲过程中的回弹以及拉深过程中的起皱和开裂等成型过程。
本论文利用Dynaform软件以U形件弯曲卸载后的回弹为研究对象,以侧壁回弹角θ为评价指标,结合正交试验,模拟了U形件的弯曲变形过程。
论文选用四因素(压边力、板料厚度、板料宽度、凹模圆角半径)三水平计算了9组试验下的弯曲回弹角。
运用极差分析法筛选出所给条件下的最优工艺方案:
压边力为4000N,坯料厚度为1.5mm,坯料宽度为80mm,凹模圆角半径为3mm。
优化后的弯曲回弹角为0.828°,相比于优化前的平均弯曲回弹角(1.565°),降低了47%。
【关键词】Dynaform;U形件;回弹角;正交试验;极差分析
Abstract
DynaformsoftwareisaCAEsoftwarewhichisusedinsheetmetalforming.Thissofewarecanstimulatespringbackofbendingandwrinkleorcrackofdrawing.
ThebendingofU-shapedpartisstimulatedbymeansofDynaformsoftwareandthespringbackanglewascalculatedbyTaguchimethodinwhichfourfactorsandthreelevelswereinvolved,includingbinderforce,thicknessofblank,widthofblankandradiusofchamperofdie.Throughcomparingthespringbackanglefromninevariedtechnologicalcombina-
tions,anoptimalparametercombinationwasobtained.Theoptimalparameteristhatbinderforceis4000N,thicknessofblankis1.5mm,widthofblankis80mmandradiusofchamperofdieis3mm.Theminimumspringbackangleafteroptimizationis0.828°whichis47%lowerthanthatofaveragevaluebeforeoptimization.
【Keywords】Dynaform;U-shapedpart;springbackangle;orthogonaltest;rangeanalysis;
摘要I
AbstractII
前言1
第一章概论2
1.1弯曲变形基础知识2
1.1.1弯曲变形原理2
1.1.2弯曲变形过程3
1.1.3弯曲卸载后的回弹4
1.1.4影响弯曲回弹的因素6
1.2Dynaform软件简介7
1.3国内外回弹研究现状综述8
1.4本论文的研究目的和意义8
第二章Dynaform模拟分析处理9
2.1模型的构建9
2.2网格的划分与处理10
2.2.1网格划分10
2.2.2网格检查10
2.3进行快速设置11
2.4回弹模拟14
2.5回弹结果测量15
第三章U形件数值模拟正交试验18
3.1正交实验法简介18
3.2正交试验流程18
3.3U形件弯曲成形回弹正交试验19
3.4影响因子及水平的确定20
3.5正交表的选取21
3.6Dynaform模拟U形件弯曲成形正交试验结果21
第四章正交试验计算及原因分析23
4.1分析方法选择23
4.2极差计算23
4.3因素主次顺序的确定24
4.4U形件成形优方案的初步确定25
4.5正交试验结果的分析验证25
结论27
参考文献28
谢辞30
前言
随着世界工业的迅猛发展,冲压件运用愈来愈广泛,生产制造业对冲压件需求很巨大,特别是对于航空航天、汽车、包装、造船等工业来说,以往的精度要求已无法满足现状。
在进行冷冲压成形的过程中回弹是无法避免的物理现象,影响零件的最终形状尺寸。
回弹量的大小对拉延件的几何尺寸精度产生直接影响,影响零件的最终形状尺寸。
所以对于冲压件的外力矩卸载后的回弹要求越来越严格,因此进行对弯曲变形产生的回弹进行研究是有十分重大的意义。
本论文系统地阐述板料冲压弯曲成形过程和介绍Dynaform回弹数值模拟技术。
运用正交试验法拟定试验项目,利用Dynaform对弯曲的变形过程以及弯曲卸载后产生的回弹进行数值模拟,对于模拟结果选择极差计算选取最优方案以优化生产工艺要求和降低成本。
第一章概论
1.1弯曲变形基础知识
1.1.1弯曲变形原理
弯曲就是按照一定的工艺要求使板料、金属管坯料进行形变,从而得到一定形状要求的零件的冲压成形工艺[1]。
能够进行弯曲的材料很多,例如:
各类板料及型材,也可以是棒料、管材。
弯曲工业在航空航天及汽车工业中具有十分广泛的应用,同时也适用于其他各类板料件生产。
用弯曲方式加工的零件种类非常多,其中包括U形件、V形件等。
图1.1示为U形件加工过程。
图1.1U形件加工过程
弯曲工序不仅可以利用模具在冲压机上进行,还可以在专用的设备上进行。
如折弯机、拉弯机等,虽然它们成形方法不同,但变形过程机特点却是存在部分相同的规律。
弯曲变形可根据变形区的的力学特性、工件形状、弯曲方式及使用设备等类别进行分类[2]。
1.通过对变形区的力学特性进行分,可分为四类:
弹性弯曲、弹-塑性弯曲、纯塑性弯曲、无硬化纯塑性弯曲。
(1)弹性弯曲:
变形区内各个部分的应力数值均小于材料的屈服强度,变形区域内只引发弹性变形。
(2)弹-塑性弯曲:
靠近变形区内外层应力数值大于工件材料屈服强度,而弯曲胚料中部的应力数值小于工件材料屈服强度,胚料变形区内既有弹性变形又有塑性变形。
(3)纯塑性弯曲:
胚料变形区的塑性变形很大,而中性层附近的弹性变形几乎可以忽略不计,且中性层到内、外层的应力和应变成线性关系。
(4)无硬化纯塑性弯曲:
即理想的纯塑性弯曲状况,假设弯曲过程中不存在加工硬化。
2.按工件形状分,有L形弯曲、V形弯曲、U形弯曲、Z形弯曲、多角弯曲等。
3.按弯曲设备分,有压弯机、折弯、滚弯及拉弯。
4.按坯料与模具相接触的成分划分,有自由弯曲、接触弯曲及校正弯曲等。
1.1.2弯曲变形过程
板料的弯曲变形过程一般可分为三个阶段[3]。
弯曲变形时,外部施加力矩作用在工件板料上,工件板料的曲率随着施加力矩的变化而产生变化,在工件板料变形区中,内层部分的坯料纤维在受到外力矩产生的切向应力的作用下发生压缩变形;相反地,坯料外层金属在受到外力矩产生切向拉应力作用下发生拉伸变形。
随着外部施加的力矩的逐渐增大,弯曲变形的程度也随着外力矩的增大而增大,因而弹性弯曲变形逐渐转变为塑性弯曲变形。
1.弹性变形阶段
弹性变形阶段即是在板料弯曲变形过程的开始阶段,此时外部施加的力矩不大,在坯料变形区域内表面和外表面上产生的应力均小于坯料的材料的屈服极限,因此仅仅是在板料内部变形区产生弹性变形。
沿着板料厚度的垂直方向分划为拉伸变形区和压缩变形区两个区域以应力中性层为分界线,两区域变形的切向应力分布如图1.2。
由坯料外侧到板料中心,切向应力渐渐变小。
从弯曲工艺的层面来分析,人们总是希望回弹越小越好,从而控制弹性变形的区域占变形区域的很小部分从而降低使外力卸载后回弹现象。
弹性变形区域的大小与材料种类、弯曲半径等许多因素关系较大。
图1.2弹性变形阶段切向应力分布如图
2.弹塑性变形阶段
在经历弹性变形阶段后,随着变形的进行,板料变形区域内的曲率半径随着外部施加的的弯曲力矩的增大持续减小。
变形区域内表面、外表面材料变形比弹性变形时更加激烈。
首先由弹性变形状态过渡到塑性变形状态,然后塑性变形从内、外表面扩展到应力中性层[4]。
沿着板料厚度的垂直方向划分为弹性变形区与塑性变形区以两个区域的应力达到屈服极限的层次为界限。
变形区域内的切向应力分布如由中性层开始到板料边缘切应力由小变大,最后趋向于平衡。
弹塑性变形阶段的特点是:
当卸除外部施加的弯曲力矩之后,塑性变形区域的材料保存着残留的弹性变形,而残留的弹性变形引起回弹回复作用的发生,因而弹塑性变形阶段中残留的弹性变形是产生回弹的主要原因[5]。
3.纯塑性变形阶段
当弯曲零件的相对弯曲半径很小时,由于此阶段产生的变形程度很大,我们近似地认为板料的整个横截面均发生塑性变形,板料的弯曲变形为纯塑性变形,这时的切向应力分布与其他阶段时不一样。
1.1.3弯曲卸载后的回弹
弯曲变形类似于其他的塑性成形工艺,在弯曲变形过程中同时有着弹性变形的存在。
一旦卸载弯曲力矩,中性层周围的弹性变形以及内、外层总变形种弹性变形部分随之引发回复作用,使得实际上弯曲件的弯曲角和相对弯曲半径与理论上及相应的模具角度、半径不一致,这种现象称为弯曲回弹[6]。
如图1.3所示
图1.3弯曲回弹现象
弯曲变形过程中在毛坯横截面上切向应力的变化如图1.4所示。
其中图a是在弯矩M的作用下毛坯横截面上切向应力的分布;图b是在毛坯在受到反向弯矩M′=-M时的切向应力分布;图c是受弯矩M作用的弯曲毛坯施加反向力矩M′时(等同于卸载状态下外作用力矩为零的情况),实际上图c所示的切向应力就是卸载后的残余应力[7]。
图1.4弯曲变形受力情况
弯曲回弹的形式一般划分为两类[8]。
改变弯曲件的弯曲半径由回弹以前的弯曲件弯曲半径转变为回弹后的回弹半径,弯曲半径的改变量可由应变中性层曲率半径的变化量ΔK来表示,如公式1-1所示。
(1-1)
其中:
ρ为卸载前应变中性层的曲率半径弯,ρ′为卸载弯曲后应变中性层的曲率半径。
弯曲曲中心角的变化由回弹前工件弯曲中心角α变为回弹后α′。
曲率半径变化量和回弹角均可表示为弯曲件的回弹量。
弯曲中心角的变化值称为回弹角,如式1-2所示。
(1-2)
1.1.4影响弯曲回弹的因素
弯曲件的回弹直接影响弯曲件的精度,为保证弯曲件的精度,必须考虑工件材料的回弹值。
影响工件回弹的因素众多[9],其中主要包括坯料的的形状尺寸、材料的力学性能、凹模圆角半径、压边力、弯曲方式、弯曲中心角、坯料厚度、相对弯曲半径及校正力等。
以下介绍部分影响因素。
1.材料的力学性能
材料的屈服强度越大,弹性模量E越小,硬化应变越严重(应变硬化指数n越大),弯曲件的回弹量夜越大。
其回弹值也与材料力学性能的稳定性有关,材料的力学性能越稳定,回弹值越小。
材料的屈服极限强度的值越高,在一定的变形程度范围内,弯曲变形区截面内的应力越大,从而引起更大的回弹变形,因此回弹值夜越大;回
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