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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。宋锋涛开题报告新-毕业(设计)论文开题报告系别机电工程系专业飞行器制造工程班级164001班学生姓名宋锋涛学号103691指导教师王永军报告日期毕业(设计)论文开题报告表论文题目薄壁变曲率半管拉深成形技术研究学生姓名宋锋涛学号103691指导教师王永军题目来源(划)科研生产实验室专题研究论文类型(划)设计论文其他一、 选题的意义及背景1.拉深工艺简介又称拉延,是利用拉深模在压力机的压力作用下,将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。它是冲压基本工序之一。可以加工旋转体零件,还可加工盒形零件及其
2、它形状复杂的薄壁零件。包括变薄拉深和不变薄拉深。拉深模特点:结构相对较简单,与冲裁模比较,工作部分有较大的圆角,表面质量要求高,凸、凹模间隙略大于板料厚度。2.拉深工艺的意义及应用情况板料冲压成形是利用模具对金属板料进行压力加工,以获得设计所需求的形状、尺寸和性能的产品零件。它具有节省材料、效率高和成本低等优点,是机械、电子仪器仪表及航空航天等制造业中重要的加工工艺之一。拉深是板料冲压成形中最典型、应用最广的一种成形工艺,在生产实际中,有很多要用到拉深工艺方法制造的零件。3.课题来源及意义课题来源本课题来源是导师的自选研究课题,是一种对基本工艺、基本理论、模拟方法、实验等的研究;本课题主要研究
3、半管拉深的建模和拉深模拟计算分析的理论计算以及实验研究。涉及的内容主要是在考虑拉深变形实际中半管材料曲率变化规律和冷变形硬化规律的基础上,进行拉深工艺模拟分析的研究等。这些问题中有的内容前人已有了一定的研究但不够深入,变曲率半管成型目前国内研究较少。因此,探讨和研究这些内容都是具有较大的理论价值和实践意义,这些内容的预期研究结果必将对拉深工艺乃至冲压工艺理论的完善和对冲压实践水平的提高产生积极的影响。4.研究背景随着科学技术的不断进步和工业生产的发展,冷冲压技术也在不断革新和发展,主要表现在以下几方面:(1) 工艺分析计算方法的现代化。(2) 模具设计制造技术现代化。(3) 冷冲压生产的机械化
4、和自动化。(4) 为了满足产品更新换代快和生产批量少的发展趋势,发展了一些新的成型工艺。(5) 不断提高板料性能,以提高其成形能力和使用效果。(6) 冲压加工以其节材、节能和高生产效率等特点,在国民经济的加工工业得广泛的应用。查阅质料得知目前拉深成型工艺研究主要集中于:有限元模拟分析计算、成型机的设计、理论研究等方面。大多取:盒型件、筒形件、球面型件及矩形件进行研究。半管类材料的拉深研究尚不多见。由于铝、镁合金质轻具有密度低、比强度和比刚度高、抗震及减振能力强、电磁屏蔽效果优异、尺寸稳定、导热性好、机械加工性能优良及易回收等优点,在电子、电器、通讯、汽车、交通、航空、航天等领域具有极其重要的应
5、用价值和广阔的应用前景。当前通过挤压、轧制等塑性加工工艺加工的镁合金板材具有更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能,有效的解决了传统上铝、镁合金塑性加工性能差的问题。故现在多用铝、镁合金等研究拉深。如范立坤等在AZ31镁合金板料等温拉深研究中通过实验得出:在精确控制压边力以及采用良好的润滑条件下,AZ31镁合金板料在200以下具有良好的拉深成型能力;当成型温度为150时,极限拉深比为2.0。当在100进行拉深时,单位压边力数值最大;单位压边强度随温度的变化规律与拉深成型过程中材料的软化与硬化作用有关。目前拉深研究主要考虑:模具结构设计、成形温度、拉深速度、润滑条件、压边方式、摩擦力等对拉
6、深成形效果和极限拉深比的影响。贾春莉等在基于PAM-STAMP三通半管拉深成形工艺的模拟中以航空航天飞行器管路结构件中三通管件为研究对象。通过对不同厚度、凹模圆角半径、压边力、凸凹模间隙等得到半管拉深最优的工艺参数,使得失稳趋势严重、凹模圆角处破裂等问题得到修整优化。同时得到结论:压边力的增加增大了拉裂趋势。对于薄壁变曲率半管拉深的研究我们计划先用CATIA软件进行三维建模,之后运用PAMSTAMP模拟软件在基于PAM-STAMP三通半管拉深成形工艺的模拟研究的基础上,考虑他们得出的压边力的增加增大了拉裂趋势这一结论。通过不同参数下半管成形后的厚度和质量,分析凹模圆角半径、凸凹模间隙、压边力对
7、零件成形质量的影响,并获得最优的工艺参数。这一研究将对今后薄壁变曲率半管拉深成型研究产生非常积极的影响,同时促进国内板料冲压成形技术的发展。二、国内外研究现状国内外关于拉深的研究主要集中镁、铝合金板材拉深成形工艺分析与模具设计、板料等温拉深、薄壁金属冲压拉深成型工艺、矩形件拉深成型工艺研究等方面。如范立坤的AZ31镁合金板料等温拉深通过实验得出:在精确控制压边力以及采用良好的润滑条件的前提下,AZ31镁合金板料在200以下具有良好的拉深成型能力;当成型温度为150时,极限拉深比为2.0。当在100进行拉深时,单位压边力数值最大;柳南关于薄壁金属冲压拉深成型工艺的探讨论述了拉深常出现的问题及解决
8、措施。唐德修的薄壁金属冲压拉深成型工艺的研究主要针对内燃机主发电机油箱冲压拉深的成型过程以及出现的拉薄,拉裂,压缩起皱等问题最后得出结论:对薄壁金属冲压拉深成型工艺研究表明,控制安普安变形率的值是提高残品质量的核心。王广林做的矩形件拉深成型工艺研究、郜瑞镁合金板材拉深工艺的研究与进展等。对于管材拉深成型国内外主要研究方法有:数值模拟计算、实验法、理论分析法等。其中数值模拟计算有:解析方程-解析解、解析方程-数值解、建立有限元模型。通常是数值模拟,实验,理论分析相结合的。1.数值模拟计算1-1有限元法数值计算是目前分析塑性成形问题最有力的工具,但对于板料成形因涉及到几何物理及边界多重非线性并存问
9、题,计算量大,进行系统的分析需要大量计算时间。目前国内这方面的研究其中有哈尔滨工业大学金属精密热加工国防科技重点实验室的刁法玺、张凯锋进行的动力显式有限元模拟,他们建立了适合于三维板料成形分析的显式算法的有限元数学模型,采取集中质量矩阵,用动力显式算法来分析,基于时间中心差分格式,使位移计算显式化,避免了由材料、几何、边界条件等高度非线性因素引起的计算收敛问题。并根据该模型开发了动力显式算法的板料成形过程模拟的有限元分析程序。有限元模拟软件有:DynaForm、ABAQUS、PAM-STAMP、DEFORM等。这些软件可以优化设计过程,缩短模具设计和制造周期;通过各种力学模拟,提高冲压件质量等
10、。1-2解析方程-解析解需要对成形模型进行很多假设,早期北京航空航天大学704教研室的曹增强、胡世光进行的半球形拉深件成形研究,推导出了计算每一瞬时的应力公式,解析方法直观,便于分析影响应力的因素,容易总结出经验公式。但这种算法进行很多假设,比如板料厚度变化均匀、简单加载、理想塑性材料等条件,有些部分与实际情况不符合。1-3解析方程-数值解虽然和解析方程-解析解一样,需要写出较符合模型的力学方程、本构方程和几何方程,但不推导最后的计算表达式,而是用计算机进行数值计算。这种算法在进行力学分析的时候,只需做很少的假设或者不做假设。通常力学方程是微分形式的,本构、几何方程是代数形式的,可以把力学方程
11、离散化,全部变成代数方程来求解,比如D.M.Woo的算法。这种算法对函数的要求低,但它通常写为隐式的,在分析像板料成形这样高度非线性过程时,初值难以确定和计算耗时的问题尤为突出。2.对于拉深成型工艺的实验研究好像大多都是配合数值模拟进行的。先数值模拟在实验没有单纯用实验研究的。如程永奇等的镁合金拉深工艺的研究与进展结合作者的研究论述了在镁合金拉深过程中模具结构、成形温度、拉深速度、润滑条件、压边方式等对拉深成形效果和极限拉深比的影响。作者分析了模具结构中影响镁合金拉深成形的因素包括模具凸凹模间隙、冲头圆角半径、凹模圆角半径、模具形状即拉深件形状等的选取原则及对拉深件的影响。对成型温度作者讨论得
12、出:镁合金在常温下塑性变形能力有限,但在合适的温度下,其塑性变形能力即可得到提高。对于需热拉深的零件最为简单的加热方式是将拉深模具和镁合金板料一起置于加热装置中加热,该种方式设备简单,模具与加热装置分离,模具温度由外向内成递减的温度场。作者研究了恒定压边力、固定间隙式压边和弹簧压边的三种压边形式,经实验发现将三种压边方式结合起来使用,效果会更好。作者最后展望了镁合金拉深工艺研究的发展方向与趋势:(1)对其它材料拉深工艺的研究镁合金板料的材料性能与拉深成形的关系,为镁合金材料的设计与生产提供技术依据与要求;(2)研究开发新的拉深成形工艺或运用已开发的先进的拉深成形工艺,以提高镁合金的拉深成形能力
13、与生产效率;(3)结合有限元分析,预测其成形能力,为镁合金拉深模具的设计、拉深工艺的制定提供依据和指导,降低成本,提高效率;(4)对拉深模具的几何形状进行优化设计,以提高其成形能力;(5)对镁合金拉深变形中各种性能及工艺参数的进行研究明确成形后零件的性能是否满足要求并根据产品使用性能要求进行拉深工艺的设计与优化。3.对于理论研究主要集中在形拉深件的拉深系数和拉深次数的计算、硬化指数、屈强比等的确定。一般是先工艺试验,数值模拟试验,之后才捎带着做一点理论探讨。没有发现单纯搞拉深理论研究的人。理论依据主要是密席斯屈服准则和屈雷斯加屈服准则。这两个原则只适用于各向同性理想刚塑性材料,即屈服应力为常数
14、的情况。实际上,材料经塑性变形后,要产生应变硬化,因此屈服应力并不是常数屈服准则将发生变化。在变形过程的每一瞬间,都有一后继的瞬时屈服表面和屈服轨迹。后继的瞬时屈服轨迹的变化是很复杂,为了简化起见,通常采用“各向同性硬化假设。谭欣珍在其硕士学位论文拉深工艺的试验研究及有限元模拟中在工艺试验的基础上,根据工艺试验和模拟试验结果,并利用塑性力学中的主应力法和材料硬化理论,推导了一个计算圆筒拉深力的新公式。归纳拉深力计算的不同方法,并进行比较。作者认为国内外公认统拉深力理论公式未考虑加工硬化或硬化规律选用不妥,并假定材料厚度不变。该文中作者用密席斯屈服条件,利用主应力法推导出变形瞬间拉深力计算公式。
15、按新模型公式得到的拉深力与前述实验中实测出的拉深力以及前述模拟所得的拉深力进行比较得出计算值与实验值和模拟值十分接近,其误差值只有5左右,表明新建立的模型与拉深变形的实际是基本相符合的。这一拉深力新公式对拉深工艺产生了非常积极的影响,同时对其理论研究也有一定促进。三、存在的问题目前拉深成型工艺存在的问题主要是:时常出现开裂、起皱和表面划伤等缺陷,但通过选择成形性能好的材料、合理的凸、凹模圆角、增加适当热处理工序和在凹模表面涂润滑剂等合理的预防措施,就可以提高拉深成形的成功率,拉深出高质量产品。1出现开裂的原因材料的冷作硬化指数高低影响其稳定型,在材料拉伸变形时会发生相变,诱发马氏体相。马氏体相
16、较脆,因此容易发生开裂。在塑性变形时,随着变形量的增大,诱发的马氏体含量也将随着变形量的增大而增高,残余应力也越大诱发的马氏体相含量越高,引起的残余应力也越大,在加工过程中也就越易开裂。2表面划痕形成的原因拉深件表面出现划痕主要是由于工件和模具表面存在相对移动,在一定压力的作用下,致使坯料与模具局部表面直接产生摩擦,加之坯料的变形热使坯料及金属屑熔3对于起皱起皱是平面凸缘部分材料受切向压应力错用而失去稳定性的结果。拉深时是否产生起皱与拉深力的大小、材料厚度、变形程度等因素有关,要准确判定比较困难,但可以通过加压边圈的方法限制毛坯拱起,达到限制起皱的目的。起皱并不表示板料变形达到了极限,因为通过
17、加压边圈等措施变形程度仍然可以提高,随着变形程度的提高,变形力也相对的提高,当变形力大于筒形件的壁部的承载能力时拉深件则被拉裂敷在模具表面上,使工件表面擦伤产生划痕。常见成型缺陷的预防措施:1.选择合适的不锈钢材料;2.合理选择模具材料;3.选择合理的凸、凹模圆角;4.采用带变薄的拉深。以前的探讨者通过试验也证明了采用带变薄的拉深可大幅度降低拉深件的切向残余应力最大值,可有效地防止纵向开裂发生。根据不同的变形程度和原始板料厚度,选择适当的变薄系数(一般为0.90.95),如果取值过小会使变形应力急剧增加,从而导致拉深件底部破裂。5.在拉深工艺中加入中间退火工序。无论是工序间热处理,还是最后成品
18、热处理,应尽可能在拉深后立即进行,以免由于长期存放,工件由于内应力作用产生变形或龟裂。但退火以及退火后的的清洗会导致生产周期的增加,且影响表面品质。6.采用适当的润滑剂7.其他预防措施:(1)由于白口铸铁的存油性能好,容易形成润滑油膜,压边圈的材料可以使用白口铸铁;(2)采用锥形压边圈;(3)边缘加工光滑,不能有微裂缺口四、基本内容及重点拉深是指将平板毛柸或杯形毛柸在凸模作用下拉入凹模型腔形成开口空心零件的成型工艺方法。拉深有多种形式按零件外形分为筒形件、锥形件、半球形件、阶梯型件、盒形件和复杂零件拉深。按照工序数可分为单次和多次拉深。按照材料变形情况可分为正拉深、反拉伸、变薄拉深和特种拉深。
19、薄壁半管拉深应为变薄拉深。由于反拉深是从简形件毛坯的底部反向压下,使毛坯内表面变为外表面,它适用于薄料进行第二次和以后各次的位深。由于它可以增大径向拉力和避免起皱,不仅可用于圆筒形件拉深,还较广泛用于半球形件、抛物线形件和谈形件等特殊形状制件的拉深,它还可比正拉深显著地降低拉深的工序次数。所以对于薄壁半管零件考虑采用反拉深。1实验目的确定薄壁半管类器材在不同模具结构、成形温度、拉深速度、润滑条件、压边方式等条件下的拉深成形效果及成型质量,已确定最佳成型条件保证成型质量。研究不同参数下半管成形后的厚度和质量,分析凹模圆角半径、凸凹模间隙、压边力对零件成形质量的影响,并获得最优的工艺参数。2试验方
20、法通过拉深实验确定薄壁半管材料在不同、拉深力、压边力载荷等条件下的最佳成型成形温度、拉深速度等。根据变形过程成形力一行程曲线图确定拉深系数和次数。并对不同成型条件下管料的相关参数进行对比,从而明确不同参数条件对半管拉深的影响。拉深实验根据管类器材拉深试验方法的国家标准,准备实验材料和设备。试验设备:微机控制电子万能试验机;试验材料:薄壁半管;试验模具:拉深工艺模具3实验步骤(1) 选材料,准备实验器具设备;(2) 计算确定拉深系数和次数;(3) 对事先做好的有限元软件模拟结果进行分析评估;(4) 对加工工艺进行讨论;(5) 夹试件进行实验;(6) 观察拉深变形情况并记录实验数据;(7) 清理实
21、验设备;(8) 分析实验数据并与模拟出的数据进行对比及写实验报告。4方案论证该工件为薄壁半管板材的拉深。几何形状复杂,塑性差,曲率变化大必须采取反拉深的方法,成型温度要适合。还应对该零件拉深成形的设计工艺进行分析,利用CATIA软件进行三维造型分析各部分的变形情况,来确定拉深模间隙值的大小,凸、凹模的圆角半径,以及模具各部分具体尺寸。对模具进行合理设计。5本文总体章节安排如下:绪论1.1 半管拉伸成形的发展现状;1.2 半管拉伸成形的基本方法和技术种类;1.3 半管拉伸成形的意义和发展趋势;1.4 小结第一章 实验总体方案设计第二章 实验数据记录第三章 实验数据分析处理第四章 实验总结分析致谢
22、参考文献五、预期成果1、完成半管材料在不同拉深力条件下的拉深实验。2、观察管件在不同载荷下的变形情况,以确定最佳成型参数保证成型质量。3、对实验的数据进行处理总结。4、总结规律,得出不同条件下的成形规律。六、进度安排第一阶段:开题论证阶段,详细了解毕业设计目的,任务要求,时间安排,确定基本方案;(第1-2周)第二阶段:查阅课题相关资料,了解课题研究背景、目的及意义,收集课题相关的国内外资料;(第3周第4周)第三阶段:确定试验的总体安排,进行相关试验并记录试验数据;(第5周第8周)第四阶段:对实验数据进行分析总结,得出规律;(第9周第11周)第五阶段:总结,按要求撰写毕业论文;(第12周第16周
23、)第六阶段:制作PPT进行毕业设计论文答辩;(第17周第18周)七、参考文献和书目【1】李小强,周贤宾,李东升铝合金薄壁件拉伸成形工艺仿真研究进展术北京航空航天大学机械工程及自动化学院528航空制造技术2007年增刊【2】贾春莉,张杰刚,张玉强,李玉梅,刘绍林,郝文龙基于PAM-STAMP三通半管拉深成形工艺的模拟杂志热加工工艺2012年第03期【3】张玉田薄壁波纹管拉伸位移条件下周向稳定性研究硕士学位论文2007【4】林明山铝合金板材易拉罐变薄拉伸技术分析漳州职业技术学院模具制造2007年第7期【5】崔长齐,林晨华,武美,闫绍国,马红玉变薄拉深成形过程中毛坯开裂的原因分析与预防精密成形工程2013年第3期【6】谭欣珍拉深工艺的试验研究及有限元模拟硕士学位论文南昌大学【7】程永奇,陈振华,傅定发镁合金拉深工艺的研究与进展热加工工艺2004年第11期工艺技术【8】范立坤,王荣,张平,丁文江AZ31镁合金板料等温拉深热加工工艺2008年第37卷第3期【9】李奇涵,李明哲,王娟,毛茂基于变压边力控制的拉深成型数值模拟研究【10】翟平,林兆荣飞机钣金成型原理与工艺西北工业大学出版社2012年1月导师意见指导教师签字:年月日系意见系主任签字:年月日-
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