deform的板材冲锻成形工艺研究(附件)【字数：9819】
摘 要摘 要冲锻复合塑性成型工艺是由冲压成形与锻造成形相结合的一种新塑性工艺。根据不同需要，使冲压与锻造不同工工序进行结合，从而更方便快捷的生产所需复杂零件。本文针对两种不同零件的成形进行DEFORM有限元模拟。对带凸柱的零件成形模拟，探讨变量坯料厚度、形状，凸柱位置、直径、根部圆角半径，摩擦系数、不同材料对凸柱成形的影响。分析结果表明坯料越厚，凸柱越容易成形。形状为圆形时容易成形凸柱。直径越大凸柱越容易成形。凸柱成形侧摩擦系数大，凸柱背侧摩擦系数小，越容易成形凸柱。塑性越好的材料越容易成形凸柱。凸柱在坯料边缘处且成轴对称时容易成形。而根部圆角半径越大，越容易成形凸柱。对非均匀壁厚零件的模拟分析表明，零件可以由单步冲锻成形，且方案一的成形效果优于方案二。关键词冲锻复合塑性成形；凸柱；不等厚壁；DEFORM-3D有限元模拟
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 冲锻工艺的变形特征 2
1.3 冲锻成形工艺特点 3
1.4 国内外的研究现状 3
1.5 本文研究的目的、方法及内容 5
第二章 DEFORM模拟软件介绍及模拟方案 7
2.1 有限元方法分析 7
2.2 DEFORM有限元模拟软件 7
2.2.1 DEFORM软件概述 7
2.2.2 DEFORM3D有限元和其他软件对比优点 8
2.3 有限元模型的建立 9
2.4模拟中步骤分析及方案制定 10
2.4.1模拟的步骤分析 10
2.4.2模拟过程中的条件 10
2.4.3 模拟方案的选择 10
第三章 凸柱成形结果与讨论 12
3.1 冲锻过程中材料变形流动 12
3.2 相关因素对凸柱成形的影响 15
3.2.1 不同厚度坯料 15
3.2.2 不同形状坯料 17
3.2.3 凸柱位置 18
3.2.4 凸柱直径 20
3.2.5 摩擦系数 22
3.2.6 凸柱根部圆角半径 24
3.2.7 不同材 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
料 25
第四章 不等厚壁零件的模拟分析 27
4.1 零件的结构与分析 27
4.2 成形工艺方案及制定 27
4.3 方案及有限元分析建模 28
4.4 结果与分析 29
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
金属塑性成形是指利用金属的塑性能力，在材料上施加一定的载荷，加工出具有特定形状和力学性能的成形工艺(((。而且在材料的加工过程中，金属材料微观组织发生了明显变化，使零件的强度和硬度都得到改善和提高。随着机械制造技术日益进步，金属塑性成形，正向着净成形的绿色化方向发展。这不仅减化了零件的设计而且提高了生产效率、降低了生产成本。
随着工业的发展，现如今出现了一近净成形制造技术，能够将两种或几种不同种类的塑性加工方法组合在一起的复合塑性成形技术。通过这种复合塑性加工方法，改善了单一塑性加工工艺的缺点，使材料的塑性能力得到最大限度的发挥，从而得到高效优质地精密零件。采用复合塑性成形加工，可做到少切削加工甚至无切削加工，使得生产效率高、表面质量好、尺寸精度高、力学性能优异，可有效地减小加工余量。适合用于复杂形状零件的加工，广泛应用于航空航天、船舶、汽车等行业(((。
目前，复合塑性成形技术日益发展，成形工艺也日益成熟，现如今复合塑性工艺包括：一是两种塑性成形工艺的结合，如冲压与冷锻复合、冷锻与热锻复合、冷锻与温锻的复合等复合工艺。二是塑性与非塑性成形工艺的结合，例如模锻复合成形（铸造和模锻工艺的结合），粉末锻造复合成形（粉末冶金与锻造工艺的结合），拼焊板冲压复合成形（焊接工艺与冲压工艺的结合）(((。这些塑性复合成形工艺技术的成熟与发展，使得机械制造业飞速发展。
通过板料成形与体积成形相结合的金属板料体积成形属于金属复合塑性成形工艺。板料成形是一种冲压成形工艺，是对一些厚度比较小的板料，通过利用专业模具使零件产生塑性变形，从而得到一定形状及大小的零件或坯料。体积成形是在高温、低温及室温下对块料、棒料或厚板金属进行成形的塑性加工技术，在成形过程中发生体积变形和明显的材料流动。体积成形包括轧制、挤压、镦锻和模锻等塑性工艺。所以，金属板料体积成形又分为多种复合方式，当成形方式和板料厚度不同时，金属板料体积成形可以分为板料锻造、板料压型、板料旋压等(((。
冲锻复合塑性加工工艺被称为流动控制成形(FCF英文全称为“Flow Control Forming of Sheet Metal”)技术(((，是日本中野隆志在上世纪末提出的。通过在普通的板料冲压工艺，如在冲裁、弯曲、拉深等工序上，增加镦粗、挤压等锻造工序，以生产结构复杂的制件。基本工序为先通过冲压成形制得成形零件所需毛坯形状及大小；再经过锻造工序，对冲压成形的零件或坯料进行局部体积成形，使板材在局部或边缘位置成形出所需的形状，如厚壁或凸台凸柱，从而得到不等壁厚或局部凸起的整体成形零件。
1.2 冲锻工艺的变形特征
不管是冲压工艺、锻造工艺还是冲锻复合塑性成形工艺，其变形过程都是坯料变形区在载荷作用下发生塑性形变，但塑性成型工艺不同，导致坯料变形区的受力不同。因此，坯料的应力应变决定变形区的变形特征。
（1）冲压变形特征。对于大部分冲压变形，如冲裁、弯曲、拉深、翻边等，坯料的变形区一般不在载荷的直接作用范围。因为板料表面受到力的作用很小或不受到力，所以认为垂直于板面方向的主应力值近似为零，而板料内部两个互相垂直的主应力不为零，载荷主要发生在板料内部，两个主应力发生变化时使得板料产生塑性变形。因此对板料的冲压塑性成形过程中，坯料的主要变形区都为平面应力状态。当坯料发生不同平面应力状态时，使得板料在变形区内产生伸长、压缩或弯曲现象，从而得到不同形状的零件或毛坯。但不论零件形状怎么变化，其厚度都变化很小或基本保持不变。所以，通过冲压塑性成形加工得到的零件或坯料都是厚度相等的。
（2）锻造变形特征。对于大部分锻造变形，如镦粗、挤压、模锻、压印等，坯料变形区一般都在位于载荷的直接作用范围内。 锻造塑性成形工艺变形区的应力状态一般都为三向应力状态，即在施加载荷的方向上为主应力，其应力值最大；而当变形区受到模具结构或其他条件的约束下，与施加载荷方向垂直的两个方向上与会产生等效应力，因此锻造塑性成形变形，应力状态是三向应力状态。一般坯料产生塑性变形时，其金属内材料会沿X轴、Y轴、Z轴三个方向上产生塑性变形。所以，锻造塑性成形工艺属于体积成形成形工艺，能够获得不等厚壁及局部体积变形的零件。
（3）冲锻变形特征。冲锻复合塑性成形工艺为冲压工艺与锻造工艺的结合，其变形特征会受到这两种特征的影响，冲锻复合塑性成形工艺成形后的零件特征必然是二者共同影响的结果。冲压加工成形与锻造成形中都包含着不同的加工工艺，而不同的工艺工序组合，其产生的结果不同，制得零件的特征也就不一样。对于一般冲锻成形工艺来说，它包括两种情况，一种为先冲压后锻造工序；一种为冲压的同时进行锻造。对于第一种情况，变形区的应力状态为先形成平面应力状态，后形成三向应力状态；而对于另一种情况，其变形区的应力状态很复杂，冲压变形区主要为平面应力状态，锻造变形区是三向应力状态，同时冲压锻造两者的复合，可以得到不等壁厚的零件。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的研究背景及意义 1
1.2 冲锻工艺的变形特征 2
1.3 冲锻成形工艺特点 3
1.4 国内外的研究现状 3
1.5 本文研究的目的、方法及内容 5
第二章 DEFORM模拟软件介绍及模拟方案 7
2.1 有限元方法分析 7
2.2 DEFORM有限元模拟软件 7
2.2.1 DEFORM软件概述 7
2.2.2 DEFORM3D有限元和其他软件对比优点 8
2.3 有限元模型的建立 9
2.4模拟中步骤分析及方案制定 10
2.4.1模拟的步骤分析 10
2.4.2模拟过程中的条件 10
2.4.3 模拟方案的选择 10
第三章 凸柱成形结果与讨论 12
3.1 冲锻过程中材料变形流动 12
3.2 相关因素对凸柱成形的影响 15
3.2.1 不同厚度坯料 15
3.2.2 不同形状坯料 17
3.2.3 凸柱位置 18
3.2.4 凸柱直径 20
3.2.5 摩擦系数 22
3.2.6 凸柱根部圆角半径 24
3.2.7 不同材 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
料 25
第四章 不等厚壁零件的模拟分析 27
4.1 零件的结构与分析 27
4.2 成形工艺方案及制定 27
4.3 方案及有限元分析建模 28
4.4 结果与分析 29
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
金属塑性成形是指利用金属的塑性能力，在材料上施加一定的载荷，加工出具有特定形状和力学性能的成形工艺(((。而且在材料的加工过程中，金属材料微观组织发生了明显变化，使零件的强度和硬度都得到改善和提高。随着机械制造技术日益进步，金属塑性成形，正向着净成形的绿色化方向发展。这不仅减化了零件的设计而且提高了生产效率、降低了生产成本。
随着工业的发展，现如今出现了一近净成形制造技术，能够将两种或几种不同种类的塑性加工方法组合在一起的复合塑性成形技术。通过这种复合塑性加工方法，改善了单一塑性加工工艺的缺点，使材料的塑性能力得到最大限度的发挥，从而得到高效优质地精密零件。采用复合塑性成形加工，可做到少切削加工甚至无切削加工，使得生产效率高、表面质量好、尺寸精度高、力学性能优异，可有效地减小加工余量。适合用于复杂形状零件的加工，广泛应用于航空航天、船舶、汽车等行业(((。
目前，复合塑性成形技术日益发展，成形工艺也日益成熟，现如今复合塑性工艺包括：一是两种塑性成形工艺的结合，如冲压与冷锻复合、冷锻与热锻复合、冷锻与温锻的复合等复合工艺。二是塑性与非塑性成形工艺的结合，例如模锻复合成形（铸造和模锻工艺的结合），粉末锻造复合成形（粉末冶金与锻造工艺的结合），拼焊板冲压复合成形（焊接工艺与冲压工艺的结合）(((。这些塑性复合成形工艺技术的成熟与发展，使得机械制造业飞速发展。
通过板料成形与体积成形相结合的金属板料体积成形属于金属复合塑性成形工艺。板料成形是一种冲压成形工艺，是对一些厚度比较小的板料，通过利用专业模具使零件产生塑性变形，从而得到一定形状及大小的零件或坯料。体积成形是在高温、低温及室温下对块料、棒料或厚板金属进行成形的塑性加工技术，在成形过程中发生体积变形和明显的材料流动。体积成形包括轧制、挤压、镦锻和模锻等塑性工艺。所以，金属板料体积成形又分为多种复合方式，当成形方式和板料厚度不同时，金属板料体积成形可以分为板料锻造、板料压型、板料旋压等(((。
冲锻复合塑性加工工艺被称为流动控制成形(FCF英文全称为“Flow Control Forming of Sheet Metal”)技术(((，是日本中野隆志在上世纪末提出的。通过在普通的板料冲压工艺，如在冲裁、弯曲、拉深等工序上，增加镦粗、挤压等锻造工序，以生产结构复杂的制件。基本工序为先通过冲压成形制得成形零件所需毛坯形状及大小；再经过锻造工序，对冲压成形的零件或坯料进行局部体积成形，使板材在局部或边缘位置成形出所需的形状，如厚壁或凸台凸柱，从而得到不等壁厚或局部凸起的整体成形零件。
1.2 冲锻工艺的变形特征
不管是冲压工艺、锻造工艺还是冲锻复合塑性成形工艺，其变形过程都是坯料变形区在载荷作用下发生塑性形变，但塑性成型工艺不同，导致坯料变形区的受力不同。因此，坯料的应力应变决定变形区的变形特征。
（1）冲压变形特征。对于大部分冲压变形，如冲裁、弯曲、拉深、翻边等，坯料的变形区一般不在载荷的直接作用范围。因为板料表面受到力的作用很小或不受到力，所以认为垂直于板面方向的主应力值近似为零，而板料内部两个互相垂直的主应力不为零，载荷主要发生在板料内部，两个主应力发生变化时使得板料产生塑性变形。因此对板料的冲压塑性成形过程中，坯料的主要变形区都为平面应力状态。当坯料发生不同平面应力状态时，使得板料在变形区内产生伸长、压缩或弯曲现象，从而得到不同形状的零件或毛坯。但不论零件形状怎么变化，其厚度都变化很小或基本保持不变。所以，通过冲压塑性成形加工得到的零件或坯料都是厚度相等的。
（2）锻造变形特征。对于大部分锻造变形，如镦粗、挤压、模锻、压印等，坯料变形区一般都在位于载荷的直接作用范围内。 锻造塑性成形工艺变形区的应力状态一般都为三向应力状态，即在施加载荷的方向上为主应力，其应力值最大；而当变形区受到模具结构或其他条件的约束下，与施加载荷方向垂直的两个方向上与会产生等效应力，因此锻造塑性成形变形，应力状态是三向应力状态。一般坯料产生塑性变形时，其金属内材料会沿X轴、Y轴、Z轴三个方向上产生塑性变形。所以，锻造塑性成形工艺属于体积成形成形工艺，能够获得不等厚壁及局部体积变形的零件。
（3）冲锻变形特征。冲锻复合塑性成形工艺为冲压工艺与锻造工艺的结合，其变形特征会受到这两种特征的影响，冲锻复合塑性成形工艺成形后的零件特征必然是二者共同影响的结果。冲压加工成形与锻造成形中都包含着不同的加工工艺，而不同的工艺工序组合，其产生的结果不同，制得零件的特征也就不一样。对于一般冲锻成形工艺来说，它包括两种情况，一种为先冲压后锻造工序；一种为冲压的同时进行锻造。对于第一种情况，变形区的应力状态为先形成平面应力状态，后形成三向应力状态；而对于另一种情况，其变形区的应力状态很复杂，冲压变形区主要为平面应力状态，锻造变形区是三向应力状态，同时冲压锻造两者的复合，可以得到不等壁厚的零件。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/254.html
