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級(jí)進(jìn)模中拉深工序的設(shè)計(jì)往往是級(jí)進(jìn)模開發(fā)的關(guān)鍵。長(zhǎng)期依賴經(jīng)驗(yàn)公式的級(jí)進(jìn)模拉深工序設(shè)計(jì)，由于產(chǎn)品材料性能和拉深工藝條件的變化，往往不是最佳的，有時(shí)甚至不可靠。這種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的需要。運(yùn)用有限元分析模擬技術(shù)對(duì)級(jí)進(jìn)模拉深工序進(jìn)行分析和優(yōu)化，能有效提高設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性，節(jié)約了模具的開發(fā)時(shí)間和成本。
本研究針對(duì)級(jí)進(jìn)模拉深的特點(diǎn)，提出了基于FEA的級(jí)進(jìn)模拉深工序優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。圖級(jí)進(jìn)模拉深工序優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖首先，根據(jù)拉深件的幾何外形，利用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)拉深毛坯尺寸、拉深次數(shù)和各工序拉深直徑以及級(jí)進(jìn)模拉深的工藝切口形式進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。然后，基于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供的工藝信息建立拉深的有限元模型，輸入材料特性和一定的工藝條件對(duì)拉深過程進(jìn)行模擬，分析比較工藝條件的改變對(duì)拉深成形的影響，從而對(duì)基于經(jīng)驗(yàn)公式的拉深工序設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和優(yōu)化。
基于上述設(shè)計(jì)流程，為一個(gè)帶有側(cè)沖孔和商標(biāo)印的圓筒件級(jí)進(jìn)模的拉深工序進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該零件材料為08F鋼，料厚0.25mm，外形及尺寸如圖所示。
(1)按如下經(jīng)驗(yàn)公式，求毛坯的計(jì)算直徑D1：D1=d21+6.28rd1+8r2+4d2h+6.28r1d2+4.56r21，代入圖提供的圓筒件尺寸，得：D1≈70.5mm。
(2)查表得修邊余量：δ=1.5mm。
(3)實(shí)際毛坯直徑為：D=D1+δ=72.0mm。
從以上計(jì)算不難發(fā)現(xiàn)，該零件總的拉深系數(shù)稍小于經(jīng)驗(yàn)公式提供的首次拉深系數(shù)，由于該零件步距較長(zhǎng)，如果該圓筒件能一次拉深成形，一方面可以大大減小模具尺寸，降低模具復(fù)雜度，另一方面還可以提高該拉深件的表面質(zhì)量。針對(duì)上述要求，建立了該零件一次拉深的有限元模型，對(duì)該圓筒件一次拉深成形的可行性進(jìn)行了有限元分析，同時(shí)校核工藝切口設(shè)計(jì)的合理性。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供的毛坯尺寸、凸凹模直徑和圓角半徑，在板料成形性分析軟件Dynaform中建立毛坯、凸凹模和壓邊圈的幾何曲面，并將這些曲面離散成四邊形和三角形單元，如圖所示。在有限元模型中凸模、凹模和壓邊圈假設(shè)為剛體，板料近似為各項(xiàng)異性材料，各項(xiàng)異性由厚向異性系數(shù)描述。材料的硬化曲線由公式近似描述：
有限元模型中所需的板料力學(xué)性能參數(shù)K、n、r值由文獻(xiàn)提供，其數(shù)值如表所示。
潤(rùn)滑和壓邊力是拉深工藝中兩個(gè)最重要的工藝參數(shù)，不合適的潤(rùn)滑條件和壓邊力將直接導(dǎo)致拉深件的起皺和拉裂。為了研究該圓筒件一次拉深成形的工藝條件，在有限元模型中分別取不同的摩擦系數(shù)和壓邊力進(jìn)行運(yùn)算，再對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較和分析。
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