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1、_|_|丨丨 | Y3218339 分类号 : TG386 密级: 公开 单位代码; 10427 学 号: 20142I0U7 项 士 学 位 论 文 筒形件拉深压边力研宄与变压边力装置设计 卜 1 研究生姓名 - 1 r i l 、 卜 1 :1 -,1卜 ! * r | I : * :V H t i 张思良 1 1 导 师 姓 名 王强 学科(领域 ) 机械工程 申请学位类别 工学硕士 答辩时间 2017年 6 月 6 日 万方数据 分类号 : 密级 : TG386 单位代码: 10427 公开 学 号: 2014210127 硬 士 学 位 论 文 筒形件拉深压边力研宄与变压边力装置设计
2、 研 究 生 姓 名 张思良 导 师 姓 名 王强 学 科 ( 领 域 ) 机械工程 申 请 学 位 类 别 工学硕士 答 辩 时 间 2017年 6月 6日 万方数据 Y3218339 Study on Blank-Holder Force of Cylindrical Parts in Deep Drawing and Design for Variable Blank Holder-Force Device By ZHANG Si Liang Under the Supervision of WANG Qiang A Thesis Submitted to the University
3、of Jinan In Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Engineering Science University of Jinan Jinan, Shandong, P. R. China June, 2017 万方数据 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何 其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研宄作出重要贡 献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律责任由
4、本人承担。 论 文 作 者 签 名 日 期 : 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅 和借鉴;本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学 位论文。 开 保密 ( _ 年,解密后应遵守此规定) 论文作者签名: |丨 : 导师签名 : 日期: 万方数据 济南大学硕士学位论文 目录 主要符号说明 . 1 m-M m ife . 3 1.1筒形件拉深与压边力 . 3 1.2国内外研宄现状 . 4 1.2.1
5、压边力理论研宄 . 4 1.2.2压边力加载方式与仿真 . 6 1.2.3压边装置 . 8 1.3选题目的与意义 . 12 1.4课题研宄内容 . 12 第二章筒形件拉深合理压边力区间理论分析 . 15 2.1下临界压边力研究 . 15 2.1.1周向应力与径向应力 . 15 2.1.2周长缩短能量 . 18 2.1,3起皱弯曲能量 . 18 2丄 4下临界压边力计算公式 . 19 2.2上临界压边力理论研宄 . 20 2.2.1实 际拉应力 . 20 2.2.2理论极限拉应力 . 21 2.2.3上临界压边力计算公式 . 22 2.3实例分析 . 23 2.4本章小结 . 24 第三章筒形件
6、拉深壁厚减薄数值模拟 . 25 3.1有限元模型 . 25 3.1.1几何模型 . 25 3.1.2材料参数 . 25 3丄 3单元类型与网格划分 . 26 3.1.4接触和约束设置 . 27 3.2上、下临界压边力状态下数值模拟 . 28 I 万方数据 筒形件拉深压边力研宄与变压边力装置设计 3.2.1下临界压边力状态下数值模拟 . 28 3.2.2上临界压边力状态下数值模拟 . 30 3.3本章小结 . 32 第四章筒形件拉深合理压边力研宄 . 33 4_1合理压边力模拟区间确定 . 33 4.2传统压边力拉深过程分析 . 35 4.3变压边力拉深过程分析 . 39 4.4本章小结 . 4
7、3 第五章筒形件拉深变压边力加载装置设计 . 45 5.1基础参数与设计目标 . 45 5.2总体方案设计 . 45 5.3总体设计图 . 45 5.4主要零件设计 . 47 5.5变压边力装置筒形件成形分析 . 49 5.6本章小结 . 50 第六章结论与展望 . 51 6.1 . 51 6.2 MM . 51 #魏 . 53 it W . 57 Pft M . 59 万方数据 II 济南大学硕士学位论文 摘要 筒形件拉深是指在压力机上利用模具将圆形板料加工成圆筒形状的一种金属板料 加工方法,在机械加工中有着十分广泛的应用。在拉深成形过程中,起皱、破裂以及减 薄是评价成形件质量的重要指标。同
8、时,压边力是影响拉深件成形质量指标的一个重要 因素,通过加载不同形式的压边力,可以影响成形质量。因此,随着对拉深件质量要求 不断提高,对变压边力和变压边力加载装置的研宄成为拉深工艺中的一个热点。 本文以筒形件拉深为研究对象,推导随拉深行程变化的临界起皱和破裂压边力,运 用数值模拟软件,分析不同压边力对厚度减薄的影响规律,提出更加合理的压边力变化 形式,并设计一套变压边力加载装置。主要研宄内容与结果如下: (1) 通过建立筒形件的起皱模型以及数学表达式,根据能量法,推导出抑制筒形 件起皱的下临界压边力;通过建立筒形件破裂模型,根据拉深过程中材料的拉应力承受 极限和所受拉应力,推导出防止筒形件破裂
9、的上临界压边力。结合具体案列,推导出预 防起皱和破裂的压边力具体区间。 (2) 通过建立有限元分析模型,利用壳单元对模型进行网格划分,采用面面接触, 施加载荷和约束,施加按照理论分析获得的最大、最小临界压边力载荷,分析总结壁厚 的变化规律。 (3) 通过分析施加不同恒压边力时筒形件壁厚变化情况,给定模拟区间,在此区 间内模拟传统压边力加载形式 ( 递增型、递减型、指数型),分析其拉深过程中壁厚减 薄状况和材料的流 动情况,讨论其对于拉深成形的影响,在此基础上提出新型的压边力 加载方式,并进行仿真验证,总结新型压边力相对与其它传统型压边力的优势。 (4) 根据提出的新型压边力曲线,设计出一套可以
10、实现新型压边力曲线的机械式 拉深模具装置,并对装置的部件进行设计,建立装置的二维和三维模型,进行可行性分 析。 综上所述,本文建立了筒形件拉深力学分析模型,推导出起皱与拉裂状态下对应的 上、下临界压边力计算公式;建立了筒形件拉深有限元分析模型,获得了加载上、下临 界压边力下,零件壁厚的变化情况;分析了常用压边力加载方式对壁厚减薄的影响, 基 于合理壁厚减薄假设,提出了合理的压边力曲线,并设计了相应的机械式变压边力装置。 上述研宄结果对提高筒形件拉深质量具有一定的理论及应用价值。 万方数据 III 筒形件拉深压边力研宄与变压边力装置设计 关键词:筒形件;拉深;压边力;数值模拟;压边装置 IV 万
11、方数据 济南大学硕士学位论文 Abstract Cylindrical drawing is a metal forming method that uses tools to make a panel changes into a cylindrical , which conducts popular applications in manufacturing now. In the process of deep drawing, wrinkling, fracture and thinning are important factors which effects the qualit
12、y of forming parts. With the increasing demand for the quality of drawing parts, the research of variable blank-holder force and variable blank-holder force device has become a focus in the field of drawing process. The text focuses on cylindrical drawing and derives the critical wrinkling stress an
13、d fracture blank-holder force. Besides, numerical simulation software has been used to analyze the relationship among different blank-holder force and thickness reduction. In addition, more reasonable blank-holder style is proposed and a variable blank-holder force device is designed. Main research
14、content and result are shown as following. (1) By establishing wrinkling model and mathematics formulas, cylindrical blank-holder force of restraining cylindrical wrinkling is derived according to energy approach. Besides, fracture model of cylindrical is established. According to the ultimate stres
15、s and drawing force of processing panel, critical blank holder force formula which used to restrain cylindrical fracture is derived. Combined with concrete case, the concrete scope of restraining wrinkling and fracture is confirmed. (2) By establishing finite analysis model, using shell elements to
16、mesh the established model. Then, use surface to surface, apply force and constraints. Next, the maximum and the minimum critical blank-holder load h万方数据 v 筒形件拉深压边力研宂与变压边力装置设计 At last, the advantages among the new blank-holder force and other traditional blank-holders has been summarized. (4) Accord
17、ing to the new blank-holder curve proposed above, a mechanical drawing tool device which can obtain new blank-holder force curve has been designed. Besides, the parts of the device has been designed. Eventually, two dimension and three dimension models of the designed device has been established and
18、 feasible analysis has been conducted. Above all, the text establishes an analysis model of cylindrical drawing force and proposed the upper and lower critical blank-holder force calculation formula based on wrinkling and fracturing. Besides, finite analysis model of cylindrical has been established
19、 and the research obtains the variation situation of wall thickness. In addition, the effect that traditional blank-holder loading way acts on thinning of wall thickness has been obtained. Additionally, the study obtained reasonable blank-holder force curve based on reasonable wall thickness hypothesis and designs corresponding mechanical variable blank-holder device. The result of the study contains theoretical and applied value to increase drawing quality of cylindrical in some extent. Key Words: cylindrical parts; blank-holder force;numerical simulation; blank holder device 万方数据 VI
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