第三章汽車覆蓋件沖壓變形分析

1、 3.1 汽車覆蓋件的結(jié)構(gòu)特征 3.2 覆蓋件沖壓成形的變形特點(diǎn) 3.3 變形分析方法 3.4 汽車覆蓋件變形趨向性控制 3.5 變形過程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬 汽車覆蓋件的結(jié)構(gòu)特征： 結(jié)構(gòu) 特征 法蘭形狀 輪廓形狀 側(cè)壁形狀 底部形狀 A、平面法蘭 B、上凸形法蘭 C、下凹形法蘭 D、多平面法蘭 E、綜合性法蘭 F、圓形輪廓 G、橢圓形輪廓 H、長(zhǎng)圓形輪廓 J、矩形輪廓 I、局部?jī)?nèi)凹形輪廓 變形特點(diǎn)： 1.沖壓件的法蘭形狀 a 平面法蘭：毛坯的流動(dòng)速度、變形量、變形分布等隨著內(nèi)輪廓的變化而變化。 b上凸形法蘭：壓料面上的材料在向凹模內(nèi)流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)速度不均勻，且流動(dòng)方向不垂直于凹?？?。 c 多平面法蘭

2、： 材料容易流入凹模，但不易產(chǎn)生塑性變形，對(duì)高平面法蘭部分的材料有帶動(dòng)流動(dòng)作用。材料內(nèi)產(chǎn)生剪應(yīng)力和剪應(yīng)變。 d 綜合性法蘭：由多個(gè)平面、曲面組合而成。 2.沖壓件的輪廓形狀 a.圓形輪廓:若法蘭和底部均為平面形狀，且側(cè)壁為軸對(duì)稱，那么在同一圓周上，變形是均勻分布的，法蘭上毛坯產(chǎn)生拉深變形；若法蘭形狀為非平面，則變形隨著法蘭的變化而變。 b.橢圓形輪廓：曲率越大塑性變形越大。 c. 長(zhǎng)圓形輪廓：圓形部分以拉深變形為主，直邊部分以彎曲變形為主。 d. 矩形輪廓：直邊部分以彎曲變形為主，轉(zhuǎn)角部分以拉深變形為主。 e.局部?jī)?nèi)凹輪廓：內(nèi)凹部分為兩向伸長(zhǎng)變形，其它部分為拉深變形。 3.側(cè)壁形狀 a.直壁：

3、傳遞變形力，一般不產(chǎn)生塑性變形。 b.斜面?zhèn)缺冢翰煌课蛔冃翁攸c(diǎn)不完全相同。 c.臺(tái)階側(cè)壁：一般為脹形，利于提高表面質(zhì)量。 4.底部形狀 除平面底部一般不產(chǎn)生塑性變形，其余一般開始產(chǎn)生脹形變形。 一、一、“分解綜合分解綜合”分析法分析法 原理： 把一“分解個(gè)汽車覆蓋件“分解”成若干個(gè)基本形狀，先分別分析這些基本形狀的變形特點(diǎn)，然后把這些基本形狀綜合起來，并考慮各基本形狀之間的相互影響，總結(jié)出該沖壓件的沖壓變形特點(diǎn)及各種因素對(duì)成形的影響。 二、坐標(biāo)網(wǎng)分析方法二、坐標(biāo)網(wǎng)分析方法 原理：一般都把板材沖壓成形時(shí)的受力狀態(tài)作為平面應(yīng)力來處理，只要知道板材平面內(nèi)的兩個(gè)主應(yīng)變方向的應(yīng)變，就可以計(jì)算出三個(gè)主應(yīng)

4、力通過測(cè)量坐標(biāo)網(wǎng)隨板材變形而變化的網(wǎng)目尺寸，并進(jìn)行計(jì)算，可以獲得有關(guān)板材變形和應(yīng)力的大小、分布等重要信息，研究毛坯的變形狀態(tài)、變形路徑、破壞時(shí)的極限應(yīng)變、起皺時(shí)毛坯變形的分布等 沖壓變形趨向性的基本規(guī)律： 在同一沖模外力直接作用下毛坯的傳力區(qū)與變形區(qū)都有產(chǎn)生某種方式的塑性變形的可能，即都具有某種塑性變形的趨向。但是，由于受模具外力作用的各區(qū)幾何形狀與受力方式的不同，在所有可能產(chǎn)生的變形方式中，需要變形力最小的部分以所需變形力最小的變形方式首先變形。 實(shí)現(xiàn)變形趨向性控制的措施： a. 改變沖壓件的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸 b. 改變工藝流程順序 措施 c. 改變壓料面作用力的大小及分布 d. 改變毛坯的貼

5、模過程 e. 改變沖壓成形條件 1. 應(yīng)用于板材成形過程模擬的有限元方法是大變形彈塑性有限元法。 2. 有限元法主要有準(zhǔn)靜態(tài)隱式算法和動(dòng)態(tài)顯式時(shí)間積分算法二種。由于沖壓成形的壓床速度較慢，成形過程屬于準(zhǔn)靜態(tài)變形過程，運(yùn)用隱式算法求解較為合理。 4.1 拉深方向的設(shè)計(jì) 4.2 壓料面的設(shè)計(jì) 4.3 工藝補(bǔ)充部分的設(shè)計(jì) 一、拉深方向?qū)畛尚蔚挠绊?拉深方向是否合理，將直接影響： a. 凸模是否能進(jìn)入凹模 b. 毛坯的最大變形程度 c. 是否能最大限度地減小拉深件各部分的深度差 d. 是否能使各部分毛坯之間的流動(dòng)方向和流動(dòng)速度差比較小 e. 變形是否均勻 f. 是否能充分發(fā)揮材料的塑性變形能力 g

6、. 是否有利于防止破裂和起皺等質(zhì)量問題的產(chǎn)生。 二、選擇拉深方向的原則： 1）保證能將拉深件的全部空間形狀一次拉深出來，不應(yīng)有凸模接觸不到的“死區(qū)”，即要保證凸模能全部進(jìn)入凹模。 2）盡量使拉深深度差最小，以減小材料流動(dòng)和變形分布的不均勻性。 3) 保證凸模與毛坯具有良好的初始接觸狀態(tài)，以減少毛坯與凸模的相對(duì)滑動(dòng)，有利于毛坯的變形，并提高沖壓件的表面質(zhì)量。 4) 有利于防止表面缺陷。 一、壓料面的作用與對(duì)拉深成形的影響 A. 壓料面的作用：通過壓料面的變化，可以使拉深件的深度均勻，毛坯流動(dòng)阻力的分布滿足拉深成形的需要。 B.對(duì)拉深件的影響： 直接影響到壓料面毛坯向凹模內(nèi)流動(dòng)的方向與速度，毛坯變

7、形的分布與大小、破裂起皺等問題的產(chǎn)生。 壓料面設(shè)計(jì)不合理，還會(huì)在壓邊圈壓料時(shí)就形成皺折、余料、松弛等。 二、壓料面設(shè)計(jì)原則 1）壓料面形狀盡量簡(jiǎn)單化，以水平壓料面為最好。 2）水平壓料面應(yīng)用最多 ，其阻力變化相對(duì)容易控制，有利于調(diào)模時(shí)調(diào)整到最有利于拉深成形所需要的最佳壓料面阻力狀態(tài)。 3）壓料面任一斷面的曲線長(zhǎng)度要小于拉深件內(nèi)部相應(yīng)斷面的曲線長(zhǎng)度。 4）壓料面應(yīng)使成形深度小且各部分深度接近一致。 5）壓料面應(yīng)使毛坯在拉深成形和修邊工序中都有可靠的定位，并考慮送料和取件的方便。 6）當(dāng)覆蓋件的底部有反成形形狀時(shí)，壓料面必須高于反成形形狀的最高點(diǎn)。 7）不在某一方向產(chǎn)生很大的側(cè)向力。 工藝補(bǔ)充：是

8、指為了順利拉深成形出合格的制件、在沖壓件的基礎(chǔ)上添加的那部分材料。 一、工藝補(bǔ)充的作用與對(duì)拉深成形的影響 工藝補(bǔ)充部分制定的合理與否，是沖壓工藝設(shè)計(jì)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志，它直接影響到拉深成形時(shí)工藝參數(shù)、毛坯的變形條件、變形量大小、變形分布、表面質(zhì)量、破裂、起皺等質(zhì)量問題的產(chǎn)生等 內(nèi)工藝補(bǔ)充（不增加材料消耗） 外工藝補(bǔ)充（增加了材料消耗） 三、常見工藝補(bǔ)充類型 其中尺寸應(yīng)考慮：（1）在進(jìn)行模具壓料面或拉深筋鏪的的修理時(shí)不能影響到修邊線（2）保證修邊模的凸模和凹模有足夠強(qiáng)度。（3） 凸模圓角和凹模圓角的大小要有利于毛坯的變形和塑性流動(dòng)等。 二、工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)原則 1. 內(nèi)孔封閉補(bǔ)充原則 2. 簡(jiǎn)化拉深

9、件結(jié)構(gòu)形狀原則 3. 保證良好的塑性變形條件 4.外工藝補(bǔ)充部分盡量小 5.對(duì)后工序有利原則 6. 雙件拉深工藝補(bǔ)充 5.1 壓料面作用力 5.2 拉深筋在覆蓋件拉深成形中的作用 5.3 常用拉深筋 5.4拉深筋設(shè)計(jì) 作用： 在壓料面上產(chǎn)生很大的阻力以滿足毛胚塑性變形和塑性流動(dòng)的要求。利用拉深筋可以在較大范圍里控制變形區(qū)毛坯的變形大小和變形分布，抑制破裂、起皺、面畸變等多種沖壓質(zhì)量問題的產(chǎn)生。 實(shí)際沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮： 1.是否需要布置拉深筋 2.怎樣布置拉深筋 3.采用哪種形式的拉深筋 壓料面作用力： 凹模和壓邊圈作用在毛坯上的力，就是凹模的上表面（即凹模壓料面）和壓邊圈下表面（即壓邊圈

10、壓料面）作用在毛坯上的力。 壓料面作用力大小 成形過程中的流動(dòng)速度的大小 一、覆蓋件結(jié)構(gòu)形狀對(duì)壓料面作用力的要求 1.覆蓋件輪廓形狀與壓料面作用力 2.側(cè)壁形狀與壓料面作用力 3.法蘭形狀與壓料面作用力 4.拉深深度與壓料面作用力 5.內(nèi)部形狀成形與壓料面作用力直線輪廓部位壓料面上的毛坯產(chǎn)生塑性變形和流動(dòng)所需要的壓料面作用力較小。外凸形輪廓產(chǎn)生拉深變形，曲率越大，所需的塑性變形力也越大，故所需壓料面上產(chǎn)生的壓料面作用力隨輪廓曲率的增大而增大內(nèi)凹形輪廓產(chǎn)生脹形變形，曲率越大，所需塑性變形力越大，故所需壓料面上產(chǎn)生壓料面作用力隨輪廓曲率的增大而增大 2.側(cè)壁形狀與壓料面作用力 在其他條件相同時(shí)，直

11、壁部分壓料面上的毛坯流入凹模時(shí)的彎曲變形力比斜壁時(shí)要大，所需壓料面作用力也大。具有直壁的部位不容易產(chǎn)生起皺。 3.拉深深度與壓料面作用力 拉深深度較大時(shí)，所需毛坯也大，所需壓料面作用力也隨之增大。 4.內(nèi)部形狀成形與壓料面作用力 當(dāng)覆蓋件上的內(nèi)部形狀在拉深一開始就產(chǎn)生變形時(shí)，要求模具壓料面上的壓料面作用力增大 5.法蘭形狀與壓料面作用力 法蘭為平面時(shí)所需的壓料面作用力比較適中，容易控制。 沖壓件的法蘭為曲面時(shí)，在曲面壓料面（上凸形和下凹形）上，毛坯在產(chǎn)生板面內(nèi)的塑性變形的同時(shí)，還要產(chǎn)生一定程度的面外彎曲變形，并使毛坯在向凹模內(nèi)流動(dòng)時(shí)所需的變形力增大。這種壓料面的壓料面作用力也較大。 沖壓件的法蘭在切向方向?yàn)閮A斜面時(shí)，在傾斜的壓料面上及不同類型的壓料面的過渡區(qū)域，切向的流動(dòng)阻力較小，毛坯容易向位置較低的部位產(chǎn)生切向流動(dòng)，形成材料的集中或堆積，造成這些部位的壓料面作用力突然增大，并可導(dǎo)致破裂產(chǎn)生。 二、毛坯的材料性能對(duì)壓料面作用力的要求