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1、 工学硕士学位论文 下凹型压料面对冲压成形影响的 有限元仿真研究 刘大海 哈尔滨工业大学 2006 年 6 月 图书分类号:TG386.3+2 U.D.C.:621 工学硕士学位论文 下凹型压料面对冲压成形影响的 有限元仿真研究 硕 士 研 究 生： 刘大海 导师： 崔令江教授 申 请 学 位： 工学硕士 学 科 、 专 业： 材料加工工程 所 在 单 位： 材料科学与工程学院 答 辩 日 期： 2006 年 6 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 Classified Index:TG386.3+2 U.D.C.: 621 Dissertation for the Master Degree
2、 in Engineering. RESEARCH ON FINITE ELEMENT ANALYSIS OF CONCAVE BLANK-HOLD SURFACE IN STAMPING PROCESS Candidate： Liu Dahai Supervisor： Prof. Cui Lingjiang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Materials Processing Engineering Date of Oral Examination： June, 2006 University：
3、Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要摘 要 汽车覆盖件三维空间曲面复杂形状的结构特点，决定了其冲压过程中变 形的极其复杂性。很多汽车覆盖件带有曲面法兰部分，或其口部不是一个平 面，这类零件拉深成形时的变形规律很复杂。若将零件补充成平齐口部的拉 深件，则会增加拉深成形的难度，并增加材料的消耗。因此，研究曲面压料 面下的冲压变形规律对汽车覆盖件冲压成形具有重要意义。 本文从实际应用中法兰压料面的存在形式入手，提出了一种新的压料面 的分类方法并采用板成形商业软件eta/DYNAFORM对下凹型曲面压料面下 方盒件拉深成形规律进行了有限元
4、仿真研究，获得了下凹型曲面压料面的尺 寸参数对拉深成形的影响，包括对破裂、起皱等失效方式的影响，以及相关 曲面参数间的规律。本文研究结果证明：对于下凹型曲面压料面来说，其关 键的尺寸参数为曲面压料面存在区域的压料面的直边长度L、曲面压料面曲 率半径R和过渡圆角半径r，且它们对零件的拉深失效方式的影响存在特定的 规律。过渡圆角r影响零件的拉裂失效方式的转变，存在转变的临界过渡圆 角半径rc，且研究表明，在压料面的整体曲面尺寸L和R的变化中，过渡圆角半径的影响相对独立，这为后续的研究提供了参考依据。曲面尺寸(L/R)影 响着零件的壁厚分布规律和起皱的分布规律以及起皱方式的转变。研究表 明，一方面，
5、曲面尺寸的平面化，使盒形件的侧壁变形分布趋于均匀化；另 一方面，L/R的变化，使得盒形件存在三种起皱方式：法兰起皱、侧壁短暂 起皱和侧壁永皱，且三者之间的转换满足一定的尺寸关系。 本文从实际应用的角度对下凹型曲面法兰盒形件的成形规律进行了研 究，获得了下凹型压料面曲面参数与成形规律的数值关系，即临界过渡圆角 的数值规律和 L/R 与零件起皱方式转变的规律等，为实际应用中压料面参数 的调整和规律预测提供数值依据，也为进一步研究曲面压料面技术提供数值 依据。 关键词关键词 汽车覆盖件；曲面压料面；下凹型压料面；数值模拟 - I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract The stru
6、ctural characteristics of autobody panel, which is always made up of three-dimensional surfaces, determine the complexity of its formation law in stamping processes. Many autobody panels have curved flanges or ports, and their formation laws are very complicated. Besides, subjoining the curved ports
7、 to planar ones will not only increase the complexity of forming capability but also be a waste of materials. Accordingly, study of the stamping laws on curved blank-hold surfaces is very pivotal in the autobody panels forming processes. In this paper, a new classification method of blank-hold surfa
8、ces is proposed in terms of the existent forms of flange blank-hold surfaces of practical use. And the software eta/DYNAFORM, a commercial FEM (Finite Element Method) software, which is specially used to analyze sheet metal forming processes, is applied to simulate the forming disciplinarian of rect
9、angular part with concave blank-hold surfaces. Through this way, the effects of the dimension parameters of concave blank-hold surfaces are proposed, including fracture disciplinarian, wrinkling disciplinarian and the disciplinarian of correlative parameters for those lapses. In addition, in this pa
10、per, some conclusions can be drawn. Firstly, it can be concluded that the basic affecting parameters of concave blank-hold surfaces are the length of the straight side of the curved blank-hold surface L, the radius of cylinder surface R and the radius of the transition of different blank-hold surfac
11、es r, and their effects to the drawing process is well-regulated. Secondly, the conversion of fracture modes of square box parts is controlled by the radius of blank-hold surfaces transition r. And also the critical radii rc of different combination parameters of R ji线为距凹模口46mm的且与凹 模口平行的部位，线上测量点间距也为
12、6mm。图4-20所示为不同曲面参数 下，曲边压料面与直边压料面过渡处(eE线)等效应变的分布规律。 Xo图 4-19 等效应变测量部位 Fig.4-19 Effective strain measuring position -0.050.050.150.250.350.450.550.65161116 测量点等效应变L=60mm,R=60mm L=60mm,R=90mm L=60mm,R=120mm L=60mm,R=150mm L=40mm,R=90mm L=50mm,R=90mm L=70mm,R=90mm图 4-20 压料面过渡处(eE)等效应变的分布情况 Fig.4-20 Dist
13、ribution of effective strain at the position of blank-hold surfaces transition(eE) - 46 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 由图4-20可知： (1) 由凹模口部到法兰外缘，压料面过渡处等效应变分布先增大后减小，存在等效应变的最大值点。 (2) 等效应变的分布与下凹型压料面曲面参数有关。直边长度不变时，随压料面曲率的减小，等效应变分布趋于均匀；压料面曲率不变时，随压料面直 边长度的增加，等效应变分布趋于均匀。 (3) 同一曲面尺寸参数(R/L固定)，不同拉深深度下，eE 线上等效应变的分布情况如图4-21所
14、示。由图4-21可知，同一曲面尺寸参数下，随拉深深度 的增加，等效应变的极值区位置略有变化，沿eE线向法兰边缘转移，反映于 拉深零件即为零件的最大变形区在eE线上向凹模口略有转移；而等效应变的 分布规律相同。 00.20.40.60.81357911 13 15 17 19测量点等效应变H=75mmH=89mmH=99mma) L=60,R=60 00.10.20.30.40.51357911 13 15 17 19测量点等效应变H=80mmH=90mmH=99mmb) L=60,R=90 图 4-21 不同拉深深度时 eE 线上等效应变的分布 Fig.4-21 Effective strai
15、n distribution along eE with different drawing 对于ij线上的等效应变的分布，由图4-22可知： - 47 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 0.10.20.30.40.50.614710131619 测量点等效应变L=60mm,R=60mm L=60mm,R=90mm L=60mm,R=120mm L=60mm,R=150mma) R 变化时等效应变分布 0.150.20.250.30.350.40.450.50.5514710131619测量点等效应变L=40mm,R=90mm L=50mm,R=90mm L=60mm,R=90mm L=70
16、mm,R=90mmb) L 变化时等效应变分布 图 4-22 ij 线上的等效应变分布情况 Fig.4-22 Effective strain distribution along ij (1) 同一拉深深度下，由曲面压料面对称中线到零件转角方向，等效应变 分布先增加后减小，存在等效应变的极大值区。 (2) 压料面直边参数L影响等效应变极大值的分布位置。相同曲率下，随着L增加，极大值位置增加；相同的直边长度下，极大值位置基本相同。极大 值位置与L的关系如图4-23所示，由图可知，等效应变的极大值与L的关系 呈线性，由拟合直线方程可知，X的位置即为压料面的过渡处。其中X为极大 值点距对称中线OF的距离，OA方向为正方向，如图4-19中所示。 (3) 压料面曲率影响该方向上等效应变的分布情况，随着曲率的减小(曲面半径的增加)，等效应变的分布趋于均匀。 - 48 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 304050607080901002030405060708090 100直边长度L(mm)最大等效应变的位置X(mm)X=120-
