基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法技术

本发明专利技术提出了一种基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法：(1)选取任意一种具有各向异性的金属材料，在拉伸试验机上测出其若干个方向上的塑性应变比R值；(2)使用DYNAFORM软件进行筒形件拉深模拟仿真，并根据模拟结果输出其凸耳值；(3)根据实际工况选取若干种单因素；(4)进行控制变量对每种单因素选取若干个数值，其余因素不变，分别进行拉深模拟仿真，并对其凸耳值结果进行分析得出不同因素的影响权重；(5)进行正交试验拉深模拟仿真，比较其最终结果，根据凸耳值最小的单因素组合得到最优的拉深工艺。本发明专利技术方法能够优化拉深工艺，使得筒形件在拉深时能够有效缓解凸耳现象，提高最后的产品合格率和利用率。

The process optimization method of improving the drawing lug of tube parts based on the finite element simulation

【技术实现步骤摘要】
基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法
本专利技术属于材料的成形加工领域，具体涉及一种基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法。
技术介绍
拉深（drawing）又称拉延，是利用板料的塑性，借助专用模具将平面金属板料变形成为开口空心筒形零件的一种加工工序。它是冲压工艺中最典型的成形工序之一，在实际冲压生产中应用十分广泛。如果与其它冲压成形工艺相配合，还可能制成形状更为复杂的零件。拉深可加工的尺寸范围相当广泛，从几毫米的小零件到轮廓尺寸达2～3米、厚度200～300毫米的大型零件，都可通过拉深制成。因此，在机械、电器、仪表电子等工业部门以及日常生活用品的冲压生产中、汽车车身大部分覆盖件都要经过拉深工序进行加工，故在工业生产中，拉深工艺尤其重要。坯料经过拉深成形后，筒形件口部往往高度不均匀，这种现象称为凸耳。其中，口部较高处称为凸耳(ear)，较低处称波谷（trough）。为了获得平整的零件边缘，往往需要增加一道修边工序将凸耳切除，凸耳越明显需要切掉的材料越多，浪费也越严重；同时增添的修边模提高了生产成本，增加了零件总的生产时间，影响工作效率。因此，通过对拉深过程中模具以及工艺的研究来改善凸耳现象对于工业上板料冲压成形降低成本，提高效率有着重大的研究意义。传统的分析方法是先根据经验制造模具，然后进行试冲，试冲所得零件有缺陷时，就需要反复进行修模、试冲，直至得到较为良好的结果。这种传统方法的缺陷就是通常需要花费大量的时间、人力和财力，并且设计出来的产品质量也得不到保证，不可避免的会浪费更多资源。因此，采用有限元模拟对于提高筒形件生产质量，缩短冲压工艺设计的周期，降低生产成本等等，都有很好的指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用有限元模拟的方法对筒形件进行分析计算，可以更好的保证拉深工艺的合理性和可靠性，大幅度缩短模具的研发周期，从而提高材料利用率以达到节省成本的目的。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法，主要包括如下步骤：(1)选取任意一种具有各向异性的金属材料，在拉伸试验机上测出其若干个方向上的塑性应变比R值；(2)使用DYNAFORM软件进行筒形件拉深模拟仿真，并根据模拟结果输出其凸耳值与实际情况相对比，保证拉深模拟的边界条件与实际工况相一致；(3)根据实际工况选取若干种单因素；(4)进行控制变量对每种单因素选取若干个数值，其余因素不变，分别进行拉深模拟仿真，并对其凸耳值结果进行分析得出不同因素的影响权重；(5)进行正交试验拉深模拟仿真，比较其最终结果，根据凸耳值最小的单因素组合得到最优的拉深工艺。优选地，因为拉深件凸耳的最大影响因素就是所选材料的塑性应变比R值，而在实际生产过程中因为成本等因素的限制，材料一般是不允许改变的，所以首先需要在拉伸试验机上进行拉伸试验确定其材料三个方向（与轧制方向呈0°、45°、90°）上的塑性应变比R值。优选地，在使用DYNAFORM进行筒形件初始拉深模拟时，保证拉深模拟的边界条件与实际工况相一致，并且将最终模拟所得的凸耳值与实际测量所得凸耳值相对比，确保误差不超过5%，保证有限元分析的精确性。优选地，所述正交试验的方法包括：首先选取步骤（3）中的单因素，根据拉深过程中实际工况选取压边力、拉深速度、凸模斜边角度、凹模圆角、凸凹模间隙和摩擦系数6种单因素，分别对其选择5个水平因素，首先进行单因素拉深试验，然后进行6因素5水平正交试验。本专利技术具有的优点及功效：将DYNAFORM有限元模拟与传统的拉深方法相结合，通过数值模拟分析计算，得到改善筒形件拉深凸耳的工艺优化方法，使得能够提升筒形件的产品质量，提高产品合格率和材料利用率，降低成本。附图说明下面结合附图对本专利技术进行进一步说明图1为本专利技术工艺优化方法的流程图；图2为工艺优化前有限元模拟的结果图；图3为工艺优化后有限元模拟的结果图。具体实施方式实施例：如图1所示，本专利技术一种基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法，包括如下步骤：1、测定塑性应变比r值：根据国标《GB/T5027-2016金属材料薄板和薄带塑性应变比(r值)的测定》要求，首先使用线切割在所取的材料上分别在与轧制方向成0°、45°和90°方向上各取5个哑铃试件，然后在拉伸试验机上按照要求操作后得到R值。2、利用UG三维建模软件根据该筒形件的二维模具图纸建立其三维模型，然后将其导入至有限元分析软件DYNAFORM中，对其划分网格，将之前所测定的塑性应变比R值输入至DYNAFORM后，根据工艺文件输入原始工况条件，然后进行拉深模拟，并将结果与实际相对比，确保误差不超过5%，保证有限元分析的精确性。3、单因素数值模拟：根据理论与实际情况综合考虑在该零件拉深成形过程中导致凸耳产生的各种因素，包括压边力、拉深速度、凸模斜边角度、凹模圆角、凸凹模间隙和摩擦系数6种因素。4、首先确定好单一因素的5个水平数值，然后分别控制变量对其中一种因素进行5次数值模拟，根据模拟结果输出其凸耳值，并对其凸耳值结果进行分析得出不同因素的影响权重。5、正交试验：根据6因素5水平进行正交试验的方案设计，确保所选的正交组合在试验范围内分布均匀，具有代表性，然后将各正交组合导入至DYNAFORM中逐一进行有限元分析模拟并进行统计其凸耳值，最终根据其最小凸耳值确定这六种因素的最优工艺组合。如图2所示为优化前有限元模拟的结果，如图3所示为优化后有限元模拟的结果，明显图3的工艺效果要大大优于图2的工艺效果。此方法仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术所示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本项专利技术的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法，其特征在于，该方法操作步骤如下：/n选取任意一种具有各向异性的金属材料，在拉伸试验机上测出其若干个方向上的塑性应变比R值；/n使用DYNAFORM软件进行筒形件拉深模拟仿真，并根据模拟结果输出其初始凸耳值与实际情况相对比，保证拉深模拟的边界条件与实际工况相一致；/n根据实际工况选取若干种单因素；/n进行控制变量对每种单因素选取若干个数值，其余因素不变，分别进行拉深模拟仿真，并对其凸耳值结果进行分析得出不同因素的影响权重；/n进行正交试验拉深模拟仿真，比较其最终结果，根据凸耳值最小的单因素组合得到最优的拉深工艺。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法，其特征在于，该方法操作步骤如下：
选取任意一种具有各向异性的金属材料，在拉伸试验机上测出其若干个方向上的塑性应变比R值；
使用DYNAFORM软件进行筒形件拉深模拟仿真，并根据模拟结果输出其初始凸耳值与实际情况相对比，保证拉深模拟的边界条件与实际工况相一致；
根据实际工况选取若干种单因素；
进行控制变量对每种单因素选取若干个数值，其余因素不变，分别进行拉深模拟仿真，并对其凸耳值结果进行分析得出不同因素的影响权重；
进行正交试验拉深模拟仿真，比较其最终结果，根据凸耳值最小的单因素组合得到最优的拉深工艺。


2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄振，张鑫杰，黄达，李欣懋，
申请(专利权)人：常州东风轴承有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32