畢業(yè)設計(論文)-板材彎曲數(shù)值模擬設計

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　有限單元法是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學領域--飛機結(jié)構靜、動態(tài)特性分析中應用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續(xù)性問題。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應用于航空器的結(jié)構強度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從事力學研

2、究的科學家的濃厚興趣。經(jīng)過短短數(shù)十年的努力，隨著計算機技術的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結(jié)構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域，成為一種豐富多彩、應用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法。將有限元分析應用于沖壓工藝的模具設計中，可以避免僅憑經(jīng)驗和試制這種傳統(tǒng)的模具設計方法所帶來的弊端，可以節(jié)省昂貴的模具試驗費用，指導模具設計制造，縮短產(chǎn)品更新周期。</p><p>　　本次畢業(yè)設計就是應用有限元分析軟件A

3、NSYS對板材的彎曲過程進行模擬仿真，對板材彎曲后的應力和變形情況進行計算分析并查找面板彎曲后最大應力和最大變形的發(fā)生點，通過方案對比得出模具結(jié)構的最佳工藝參數(shù)即最佳的凸、凹間隙，優(yōu)化模具的結(jié)構設計。這次設計是在參閱了大量文獻并在張艷君導師的輔導下完成的。</p><p>　　由于本人設計經(jīng)驗不足，所學知識有限，錯誤之處在所難免，敬請各位老師批評指正，以便完善。</p><p><b

4、>　　編 者 </b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要………………………………………………………………………………1</p><p>　　英文摘要………………………………………………………………………………2</p><p>　　1 緒論………………………

5、…………………………………………………………</p><p>　　1.1 CAE技術…………………………………………………………………………</p><p>　　1.2 有限單元法………………………………………………………………………</p><p>　　1.3 ANSYS軟件………………………………………………………………………</p><

6、;p>　　1.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………</p><p>　　2 金屬工藝數(shù)值模擬…………………………………………………………………</p><p>　　2.1 基本概念…………………………………………………………………………</p><p>　　2.2 基本原理………………………………………………………………

7、…………</p><p>　　2.3 作用………………………………………………………………………………</p><p>　　2.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………</p><p>　　3 彎曲工藝機理分析…………………………………………………………………</p><p>　　3.1 板料彎曲變形分析…

8、……………………………………………………………</p><p>　　3.2 板料回彈的機理分析……………………………………………………………</p><p>　　3.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………</p><p>　　4 參數(shù)計算及方案確定………………………………………………………………</p><p&

9、gt;　　4.1 問題描述…………………………………………………………………………</p><p>　　4.2 門面板成形工藝過程……………………………………………………………</p><p>　　4.3 計算過程…………………………………………………………………………</p><p>　　4.4 方案確定……………………………………………………………………

10、……</p><p>　　4.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………</p><p>　　5 ANSYS建模簡化……………………………………………………………………</p><p>　　5.1 模型的簡化與分析………………………………………………………………</p><p>　　5.2 板料彎曲過程的簡化

11、……………………………………………………………</p><p>　　5.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………</p><p>　　6 彎曲工藝的ANSYS分析……………………………………………………………</p><p>　　6.1 前處理操作………………………………………………………………………</p><

12、p>　　6.2 求解操作…………………………………………………………………………</p><p>　　6.3 后處理操作………………………………………………………………………</p><p>　　6.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………</p><p>　　7 結(jié)果與誤差分析……………………………………………………………

13、………</p><p>　　7.1 面板的回彈分析…………………………………………………………………</p><p>　　7.2 面板的應力分析…………………………………………………………………</p><p>　　7.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………</p><p>　　結(jié) 語……………………………

14、………………………………………………………</p><p>　　致 謝……………………………………………………………………………………</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………………</p><p><b>　　中 文 摘 要</b></p><p>　　本設計是采用有限元分析軟

15、件ANSYS，對板材彎曲成形過程進行模擬仿真，根據(jù)理論間隙值范圍調(diào)整凸、凹模單邊間隙，分析回彈和應力集中區(qū)。通過分析比較得到較理想的間隙值，從而達到優(yōu)化設計的效果。通過準確地模擬出模具與板料之間的動態(tài)接觸，在全面分析板料與模具接觸邊界動態(tài)變化的基礎上，結(jié)合ANSYS軟件給出了模型的幾何描述、接觸算法選擇、接觸摩擦模型的建立等具體方法。通過具體應用實例分析，證明了這些方法應用于板料彎曲成形分析的可行性，而其變形規(guī)律具有一定的典型性。研究這

16、類彎曲件的成形規(guī)律，不僅對這類件成形工藝參數(shù)和工藝步驟的確定是至關重要的，同時也是進一步認識復雜件成形規(guī)律的基礎。應用ANSYS軟件對板材彎曲成形過程進行有限元分析并優(yōu)化設計，可以避免許多由傳統(tǒng)的模具設計方法所導致的設計缺陷，提高成品率和生產(chǎn)效率。</p><p>　　關鍵詞 有限元 ANSYS 彎曲 模擬仿真 間隙 回彈 應力 規(guī)律</p><p><b>　

17、　外 文 摘 要 </b></p><p>　　Title Gate Kneading Board Curving Forming Value Simulation</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design uses finite element analysis softw

18、are ANSYS, carries on the simulation simulation to the sheet curving forming process, according to theory gap value range adjustment raised, concave mold unilateral gap, analysis snapping back and stress concentration ar

19、ea. Obtains the ideal gap value through the analysis comparison, thus achieves the optimized design the effect. Through simulates between the mold and the sheet dynamic contact accurately, contacts the boundary dynamic c

20、hange in the c</p><p>　　Keywords Finite element ANSYS curving simulation gap snapping back stress rule</p><p><b>　　1.緒 論</b></p><p>　　1.1 CAE技術</p>&

21、lt;p>　　1.1.1 CAE的概念與分類</p><p>　　CAE 是計算機輔助工程(Computer-Aided Engineering)的英文簡稱，隨著計算技術的發(fā)展，企業(yè)可以建立產(chǎn)品的數(shù)字樣機，并模擬產(chǎn)品及零件的工況，對零件和產(chǎn)品進行工程校驗、有限元分析和計算機仿真。在產(chǎn)品開發(fā)階段，企業(yè)應用CAE能有效地對零件和產(chǎn)品進行仿真檢測，確定產(chǎn)品和零件的相關技術參數(shù)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷、優(yōu)化產(chǎn)品設計，并極大

22、降低產(chǎn)品開發(fā)成本。在產(chǎn)品維護檢修階段能分析產(chǎn)品故障原因，分析質(zhì)量因素等。 有限元分析在CAE中運用最廣，有限單元法的基本思想是將物體（即連續(xù)的求解域）離散成有限個簡單單元的組合，用這些單元的集合來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題。物體被離散后，通過對其中各個單元進行單元分析，最終得到對整個物體的分析結(jié)構。隨著單元數(shù)目的增加，解的近似程度將不斷增大和逼近真實情況。如圖1-1所示為現(xiàn)行CAE軟件

23、的結(jié)構示意圖:</p><p>　　CAE軟件可分為專用與通用兩類，前者主要是針對特定類型的工程或產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析，預測和優(yōu)化的軟件，它以在某個領域中的應用深入而見長，如美國ETA公司的汽車專用CAE軟件LS/YNA3D及ETA/FEMB等。通用型軟件可對多種類型工程和產(chǎn)品的物理力學性能進行分析、模擬、預測、評價利優(yōu)化 ，以實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的軟件，它以覆蓋的應用范圍廣而著稱，如ANSYS、NASTRAN、

24、MARC等 。CAE軟件的主要價值在于：在設計階段，通過對工程和產(chǎn)品進行加工、性能和安全可靠性的模擬，可以及早發(fā)現(xiàn)設計缺陷，并預測工程產(chǎn)品的可靠性與實用性，為工程實施、產(chǎn)品創(chuàng)新提供技術保障。</p><p>　　CAE技術的發(fā)展動力是CAD/CAM技術水平和應用水平的提高，CAE技術的發(fā)展條件是計算機及圖形顯示設備的推出，CAE軟件的理論基礎是有限元、邊界元法等現(xiàn)代計算力學方法，其核心內(nèi)容是計算機模擬和仿真。&l

25、t;/p><p>　　1.1.2 CAE的作用與發(fā)展</p><p>　　美國上市公司Moldflow公司是專業(yè)從事注塑成型CAE軟件和咨詢公司，自1976年發(fā)行了世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導塑料成型CAE軟件市場。近幾年，在汽車、家電、電子通訊、化工和日用品等領域得到了廣泛應用。 利用CAE技術可以在模具加工前，在計算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、

26、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義。 塑料模具的設計不但要采用CAD技術，而且還要采用CAE技術。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設計階段（包括產(chǎn)品設計、模具設計和

27、模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設計人員憑經(jīng)驗與直覺設計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設計，這勢必增加生產(chǎn)成本</p><p>　　近年來，CAE技術在注塑成型領域中的重要性日益增大，采用CAE技術可以全面解決注塑成型過程中出現(xiàn)的問題。CAE分析技術能成功地應用于三組不同的生產(chǎn)過程，即制

28、品設計、模具設計和注塑成型。制品設計</p><p>　　制品設計者能用流動分析解決下列問題：  (1) 制品能否全部注滿　這一古老的問題仍為許多制品設計人員所注目，尤其是大型制件，如蓋子、容器和家具等。 (2) 制件實際最小壁厚　如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。減小壁厚還可大大降低制件的循環(huán)時間，從而提高生產(chǎn)效率，降低塑件成本。 (3)澆口位置是否合適　采用CAE分析

29、可使產(chǎn)品設計者在設計時具有充分的選擇澆口位置的余地，確保設計的審美特性。模具設計和制造 CAE分析可在以下諸方面輔助設計者和制造者，以得到良好的模具設計： (1) 良好的充填形式　對于任何的注塑成型來說，最重要的是控制充填的方式，以使塑件的成型可靠、經(jīng)濟。單向充填是一種好的注塑方式，它可以提高塑件內(nèi)部分子單向和穩(wěn)定的取向性。這種填充形式有助于避免因不同的分子取向所導致的翹曲變形。 (2)最佳澆口位置與澆口數(shù)量　為了對充填方式進行

30、控制，模具設計者必須選擇能夠?qū)崿F(xiàn)這種控制的澆口位置和數(shù)量，CAE分析可使設計者有多種澆口位置的選擇方案并對其影響作出評價。  (3)流道系統(tǒng)的優(yōu)化設計　實際的模具設計往往要反復權衡各種因素，盡量使設計方案盡善盡美。通過流動</p><p><b>　　1.2有限單元法</b></p><p>　　1.2.1基本概念與發(fā)展</p><p&

31、gt;　　有限單元法是應用數(shù)值分析技術并借助于電子計算機的高速、大容量的功能把復雜的工程結(jié)構的強度、剛度及動態(tài)特性分析計算問題轉(zhuǎn)化為概念淺顯、容易掌握、適應范圍廣泛和精確度高的一種分析計算方法。其基本概念是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是有許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的（較簡單）的近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件（如結(jié)構的平衡條件）從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解。由于

32、大多數(shù)實際問題難以得到準確解而有限元不僅計算精度高而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。</p><p>　　有限單元法最初是在二十世紀五十年代作為處理力學問題的方法出現(xiàn)的，在1945至1955這十年間發(fā)展起來的結(jié)構分析矩陣（位移）法可以說是他的雛形。1956年Turner Clough把剛價位移（直接剛度法）應用到彈性力學平面問題中去，他們把結(jié)構劃分成一個個三角形和矩形的“單元”。與矩陣法不同

33、的是，矩陣分析法中每一結(jié)構件的力與位移的關系是精確推導出來的，而有限元法的解則是利用每一單元中近似的位移函數(shù)。</p><p>　　初期的有限（單元）法是建立在虛功的原理上。1963-1964年Besseling、Melosh和Jones等人證明了有限元法是基于變分原理的里茲（Ritz）法的另一種形式，確認了有限元法是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法，擴大了有限元法的應用范圍。從20世紀60年代后期開始，進一步利用

34、加權余量法，主要是伽遼金法（Galerkin）法，來確定單元特性和建立有限元求解方程，使之應用于已知問題的微分方程和邊界條件、但變分的泛函尚未找到或根本不存在的情況，進一步擴大了有限元法的應用領域。</p><p>　　四十年來，有限單元法蓬勃發(fā)展，其應用已由彈性力學平面問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴展到穩(wěn)定問題、動力問題和波動問題。分析的對象從彈性材料擴展到流體力學、滲流與固結(jié)理論、熱傳導與熱應

35、力問題、磁場問題以及建筑聲學與噪音問題。不僅涉及穩(wěn)態(tài)場問題，還涵蓋材料非線性、幾何非線性、時間維問題和斷裂力學等。已出現(xiàn)多種新單元（先后有等參元、高次元、不協(xié)調(diào)元、雜交元、樣條元、邊界元、罰單元、半解析的有限條等不同單元）和求解方法（如半帶寬于變帶寬消去法、超矩陣法、波前法、子結(jié)構法、子空間迭代法等）。能解決各種復雜耦合問題的軟件和軟件系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。對網(wǎng)格自動剖分和網(wǎng)格自適應過程的研究，大大加強了有限元法的解題能力，使有限單元法逐漸趨于

36、成熟。</p><p>　　1.2.2 基本原理</p><p>　　對結(jié)構系統(tǒng)進行應力分析時，系統(tǒng)中各點的位移是主要的位置量。一旦知道了這些位移，就不難計算應變和應力了。有限單元法的基本思想是：用一些已知函數(shù)（通常是多項式）和物體上預定點處的位移來表示物體的位移或變形。把這些選為系統(tǒng)的有限單元網(wǎng)格點稱之為節(jié)點，其位移稱為節(jié)點位移。一旦求得了節(jié)點位移，系統(tǒng)中其他的位移就可以求得。</

37、p><p>　　有限元法的求解基本步驟如下：</p><p>　?。?）結(jié)構離散化 結(jié)構離散化過程就是將分析的結(jié)構劃分成有限個單元體，并在單元體的指定點設置節(jié)點。把相鄰的單元體在節(jié)點處連接起來組成單元的集合體。離散后的結(jié)構，單元之間主要靠節(jié)點相連接。</p><p>　?。?）單元特性分析 由于結(jié)構離散化，剖分后的單元，可以選擇一個簡單的函數(shù)，近似地表示每個單元上任

38、一點的真實位移，即單元內(nèi)任一點位移是坐標的函數(shù)，這樣可以采用變分原理或虛功方程建立起作用于單元上的節(jié)點力和節(jié)點位移之間的關系式：</p><p>　　式中：稱為單元剛度矩陣，它是由結(jié)構材料性能及單元的幾何特性所決定的，一旦材料和單元的幾何尺寸確定，就是已知的；是節(jié)點位移；是節(jié)點力，使單元與單元之間相互作用力。</p><p>　?。?）整體分析 單元特性分析僅能得到單元的局部信息，所有的

39、單元是通過節(jié)點連接組成整體的。將各個單元的方程，按照保持節(jié)點位移連續(xù)性的原則，把所有單元的方程組合起來，形成整體平衡方程：</p><p>　　式中：為整體剛度矩陣，它是由所有單元的剛度矩陣組集而成的，且只與單元尺寸及材料特性有關；是節(jié)點位移向量，取決于節(jié)點數(shù)和每個節(jié)點的自由度；是作用在結(jié)構上的外力。上述方程還應考慮幾何邊界條件，做適當?shù)男薷暮螅摲匠滩庞形ㄒ坏慕狻?lt;/p><p>　?。?/p>

40、4）求解未知節(jié)點的位移和計算單元應力 用組集而成的平衡方程應用數(shù)值解法得到各個節(jié)點的位移值，再根據(jù)應力與位移的關系式，求出應力。</p><p>　　1.3 ANSYS軟件</p><p>　　1.3.1 ANSYS軟件概述</p><p>　　ANSYS軟件是由總部設在美國賓夕法尼亞州匹茲堡的世界CAE行業(yè)著名的ANSYS公司開發(fā)研究的大型CAE仿真分析軟件

41、，是融結(jié)構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件，廣泛應用于鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、土木工程、地礦、汽車、日用家電等一般工業(yè)及科學研究。</p><p>　　ANSYS軟件的功能更加強大，使用便利。ANSYS提供的虛擬樣機設計法,使用戶減少了昂貴費時的物理樣機,在一個連續(xù)的、相互協(xié)作的工程設計中，分析用于整個產(chǎn)品開發(fā)過程,并且工作人員之間像一個團隊一樣相互協(xié)作。ANSYS分析模擬工具易于

42、使用，支持多種工作平臺，并在異種結(jié)構平臺上數(shù)據(jù)百分之百兼容，提供了多場耦合的分析功能。同時該軟件提供了一個個不斷改進的功能清單，包括：結(jié)構高度非線性分析、電磁分析、計算流體動力學分析、設計優(yōu)化、接觸分析、自適應網(wǎng)格劃分、大應變/有限轉(zhuǎn)動功能以及利用ANSYS參數(shù)設計語言（APDL）的擴展宏命令功能?；贛otif的菜單系統(tǒng)使用戶能夠通過對話框、下拉式菜單和子菜單進行數(shù)據(jù)輸入和功能選擇，為用戶使用ANSYS提供“導航”。在結(jié)構分析中，AN

43、SYS可以進行線性及非線性結(jié)構靜力分析、線性及非線性結(jié)構動力分析、線性及非線性屈曲分析、斷裂力學分析、復合材料分析、疲勞分析及壽命估算、超彈性材料分析等。</p><p>　　ANSYS軟件具有強大的幫助功能，幫助系統(tǒng)包括所有的ANSYS命令解釋所有的圖形用戶界面解釋和ANSYS系統(tǒng)分析指南。該軟件可浮動運行于從PC機、NT工作站、UNIX工作站直至巨型機的各類計算機及操作系統(tǒng)中，還可與許多先進CAD軟件如Pro

44、/Engineer、Nastran、Alogor、I—DEAS和AutoCAD等共享數(shù)據(jù)。利用ANSYS的數(shù)據(jù)接口，可精確地將在CAD系統(tǒng)下生成的幾何數(shù)據(jù)傳入ANSYS，這樣可以節(jié)省用戶在建模過程中所花費的大量時間，極大地提高了工作效率。</p><p>　　1.3.2 ANSYS軟件功能</p><p>　　ANSYS軟件含有多種有限元分析的能力，包括從簡單線性靜態(tài)分析到復雜非線性動態(tài)分

45、析。一個典型的ANSYS分析過程為：創(chuàng)建有限元模型、施加載荷進行求解和查看分析結(jié)果。對應軟件結(jié)構的三個程序模塊：前處理模塊（PREP7），分析求解模塊（SOLUTION）和后處理模塊（POST1和POST26）。前處理模塊為一個強大的實體建模和網(wǎng)格劃分的工具，通過這個模塊用戶可以建立自己想要的工程有限元模型。分析求解模塊即是已建立好的模型在一定的載荷和邊界條件下進行有限元計算，求解平衡微分方程，進行結(jié)構分析、流體動力分析、聲場分析、電磁

46、場分析、壓電分析和多物理場的耦合分析等。后處理模塊是對計算結(jié)果加以處理，將結(jié)果以等值線、梯度、矢量粒子流及云圖等圖形方式顯示出來。也可以用圖表曲線的方式輸出。</p><p>　　1前處理模塊（PREP7）</p><p><b>　　參數(shù)定義</b></p><p>　　ANSYS程序在進行結(jié)構建模的過程中，首先要對所有被檢模型的材料進行參數(shù)

47、定義。包括定義使用單位制，定義所使用單元的類型，定義單元的實參數(shù)，定義材料的特性以及使用材料庫文件等。在單位制的制定中，ANSYS并沒有為分析指定固定的系統(tǒng)單位。除了磁場分析之外，還可以使用任意一種單位制，只要保證輸入的所有數(shù)據(jù)都是使用同一單位制里的單位即可。單元類型的定義是結(jié)構進行網(wǎng)格劃分的必要前提。材料的特性是針對每一種材料的性質(zhì)參數(shù)，例如在對材料進行線性分析的過程中，首先要知道這種材料的彈性模量和泊松比。在一個分析過程中，可能有多

48、個材料特性組，每一組材料特性有一個材料參考號，ANSYS通過獨特的參考號碼來識別每一個材料特性組。對于每一有限元單元分析，盡管可以分別定義材料特性，ANSYS程序允許用戶將一材料特性設置存儲進一個檔案材料庫文件。然后，在多個分析中取出該設置重復使用，這樣可以大大提高工作效率。</p><p><b>　　實體建模</b></p><p>　　在實體建模過程中，ANSY

49、S程序提供了兩種方法：從高級到低級的建模與從低級到高級的建模。對于一個有限元模型，圖元的等級從低到高分別是：點、線、面和體。當用戶直接構建高級圖元時，程序自動定義相關的低級圖元（面、線和關鍵點）。此外，用戶也可以先定義點、線、面，然后由所定義的圖元生成體。無論用戶采用哪種方式進行建模，都需要進行布爾操作來組合結(jié)構數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　網(wǎng)格劃分</b></p>&l

50、t;p>　　ANSYS系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分功能十分強大，使用起來便捷。延伸劃分是將一個二維網(wǎng)格延伸成一個三維網(wǎng)格單元。映像網(wǎng)格劃分是將一個幾何模型分解成幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，分別加以劃分生成映像網(wǎng)格。ANSYS程序提供了六面體、四面體和三角形的映像網(wǎng)格劃分。自由劃分是由ANSYS程序的網(wǎng)格自由劃分器來實現(xiàn)的，通過這種劃分可以避免不同組件在裝配過程中不匹配帶來的問題。自適應網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實體模型后，用

51、戶指示程序自動產(chǎn)生有限元網(wǎng)格，分析估計網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小、再次分析計算并估計網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義誤差的值或者達到用戶定義的求解次數(shù)。</p><p>　　2 分析求解模塊(SOLUTION)</p><p>　　該程序模塊用以完成對已生成的有限元模型的力學分析和有限元求解。在此階段，用戶可以定義分析、類型分析選項載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項。</p>

52、<p>　　定義分析類型和分析選項</p><p>　　用戶可以根據(jù)所施加載荷條件和所要計算的相應來選擇分析類型。例如，要計算固有頻率和模態(tài)，就必須選擇模態(tài)分析。在ANSYS程序中，可以進行下列類型的分析：靜態(tài)（或穩(wěn)態(tài)）、瞬態(tài)、調(diào)諧、模態(tài)、譜、撓度和子結(jié)構。分析選項允許用戶自定義分析類型。</p><p><b>　　載荷</b></p>

53、<p>　　一般的載荷應該包括邊界條件（約束、支承或邊界場的參數(shù)）和其他外部或內(nèi)部作用載荷。在ANSYS程序中，載荷分為六類：①自由度（DOF）約束；②力；③表面分布載荷；④體積載荷；⑤慣性載荷；⑥耦合場載荷。</p><p>　　必須清楚與載荷相關的兩個術語：載荷步和子步。載荷步僅僅只可求得解的載荷配置。例如，在結(jié)構分析中，可以將風荷載施加于第一個載荷步，第二個載荷步施加重力等。載荷步也用于對一個瞬態(tài)

54、載荷歷程曲線分段。子步是指一個載荷步中增加的步長。主要是為了瞬態(tài)分析或非線性分析中提高分析精度和收斂。子步也稱為時間步，代表一段時間。</p><p><b>　　指定荷載步</b></p><p>　　荷載步選項是用于更改荷載步，如子步數(shù)、荷載步的結(jié)束時間和輸出控制。根據(jù)所作分析的類型，荷載步選項可有可無。</p><p>　　ANSYS提供

55、的結(jié)構分析類型有如下幾種：</p><p><b>　　結(jié)構靜力分析</b></p><p>　　用來求解外荷載引起的位移、應力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構的影響并不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且可以進行非線性分析，例如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸問題的分析。</p><p><b&

56、gt;　　結(jié)構動力分析</b></p><p>　　結(jié)構動力分析是用來求解隨時間變化的荷載對結(jié)構或者部件的影響。相對于靜態(tài)分析，動力分析則要考慮隨時間變化的力荷載以及阻尼和慣性的影響，如旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生的交變力，爆炸產(chǎn)生的沖擊力等。ANSYS可以進行的結(jié)構動力分析類型有：瞬態(tài)動力分析、模態(tài)分析譜響應分析及隨機振動響應分析。</p><p><b>　　結(jié)構屈曲分析<

57、/b></p><p>　　屈曲分析是用來確定結(jié)構失穩(wěn)的載荷大小以及在特定的載荷下結(jié)構是否失穩(wěn)的問題。ANSYS中的穩(wěn)定性分析主要分為線性分析和非線性分析兩種。</p><p><b>　　結(jié)構非線性分析</b></p><p>　　結(jié)構的非線性問題分為材料非線性幾何非線性和單元非線性三種。在ANSYS程序中，可以求解靜態(tài)和瞬態(tài)的非線性問

58、題。</p><p>　　3．后處理模塊（POST1和POST26）</p><p>　　完成計算以后，可以通過后處理器查看結(jié)果。ANSYS程序的后處理包含兩個部分：通用后處理模塊（POST1）和時間歷程后處理模塊（POST26）。通過程序的菜單操作，可以很方便地獲得求解的計算結(jié)果。結(jié)構文件的輸出形式有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表顯示兩種。</p><p>　　通用后處理模塊

59、（POST1）</p><p>　　通過后處理器可以用于查看整個模塊或選定的部分模塊的某一子步（時間步）的結(jié)果?？梢垣@得等值線顯示、變形形狀以及檢查和解釋分析的結(jié)果和列表。POST1也提供了很多其他的功能，包括誤差估計、載荷工況組合、結(jié)果數(shù)據(jù)的計算和路徑操作等。</p><p>　　時間歷程后處理模塊（POST26）</p><p>　　POST26顆用于查看模型的

60、特定點在所有時間步內(nèi)的結(jié)果。可獲得結(jié)果數(shù)據(jù)對時間（或頻率）關系的圖形曲線以及列表。如繪制位移—時間列表，應力—應變曲線等。另外，POST26還具有其他功能：可以進行曲線的代數(shù)運算，變量之間可以進行加減乘除運算以產(chǎn)生新的曲線；也可以取絕對值平方根對數(shù)指數(shù)以及求最大值和最小值等；也可以做曲線的微積分運算；還能夠從時間歷程結(jié)果中生成譜響應。</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b><

61、;/p><p>　　本章主要介紹了有限單元法的基本思想及其術語，CAE技術的發(fā)展現(xiàn)狀和ANSYS軟件的功能、應用等。</p><p>　　2 金屬成形工藝數(shù)值模擬</p><p><b>　　2.1基本概念</b></p><p>　　材料成形工藝數(shù)值模擬是這樣的一個過程，在這個過程中人們使用專用的計算機軟件讓計算機對整個成

62、形過程的各中物理量的變化進行數(shù)值計算，預測出成形過程中工程師們所關心的各種有用的技術信息，并將最終的計算結(jié)果以各種圖畫或動畫的形式直觀生動地顯示在計算機的屏幕上。從屏幕上人們可以看到工件的詳細變形過程，以及各種物理量隨空間和時間的變化。如果工藝、模具或坯料設計不當，還可以看到由此所產(chǎn)生的各種成形缺陷，如開裂、折疊、過燒與回彈等等。做一次工藝數(shù)值模擬，就相當于在計算機上做了一次虛擬的工藝試驗。與實際工藝試驗相比，它的優(yōu)勢是成本低周期短，所

63、得到的技術信息更多更全，而且全是定量化的數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)模擬出的工件具有某些缺陷，可以根據(jù)自己的經(jīng)驗找出產(chǎn)生缺陷的原因，然后對工藝、模具或配料進行修改。將修改后的數(shù)據(jù)進行第二次工藝模擬，如此反復直至工藝成功。目前金屬成形工藝數(shù)值模擬技術已經(jīng)基本成熟，并在工業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用。在世界很多著名的公司中，金屬成形工藝數(shù)值模擬已經(jīng)成為生產(chǎn)中一個不可缺少的工序。</p><p><b>　　2.2 基本原理<

64、;/b></p><p>　　金屬成形過程是工件的一個彈（粘）塑性變形過程，有時在這個過程中還伴有明顯的溫度和微觀組織變化。從物理的角度看，無論這個過程多麼復雜，這個過程總可以通過一組微分方程以及相應的邊界條件和初始條件表示出來。這組微分方程以及邊界條件和初始條件可以根據(jù)固體力學、熱力學和材料科學的基礎理論建立起來。通常，這組微分方程的基本未知量是工件各點的位移、溫度和一些用于描述微觀組織的物理量。例如，對

65、于普通的沖壓過程，由于溫度的影響和微觀組織的變化可以忽略，因此基本的未知量只是工件各點的位移。如果我們可以得到這組微分方程的解，那麼，可以根據(jù)相關學科的基礎理論和基本規(guī)律，又所得到的基本未知量計算出其他物理量（例如應力、應變、載荷等）隨空間和時間的變化。由于金屬成形過程的復雜性，這組微分方程具有極強的物理的和幾何的非線性，因此得到這組微分方程的理論解釋非常困難的。直到七十年代，隨著計算機技術和數(shù)值計算方法特別是有限元方法的迅速發(fā)展才使得

66、有可能通過數(shù)值計算的方法來求解這組微分方程，從而逐步建立了金屬成形工藝數(shù)值模擬技術。用計算機語言編寫的求解這組微分方程并由基本未知量計算其他物理量全部計算過程的文件就是我們常說的金</p><p><b>　　2.3 作用</b></p><p>　　金屬成形工藝數(shù)值模擬可以預測出工件變形的詳細過程，并定量地給出工程師們所關心的與變形有關的各種物理量在工件或磨具上的空

67、間分布以及隨時間的變化。通常這些物理量包括：工件與模具的幾何外形位移、速度、彈塑形應變、應變率、應力、載荷等。對于熱鍛，還包括溫度以及微觀組織（例如：再結(jié)晶體積分數(shù)和晶粒度）。如果工件為疏松材料，還包括材料密度。根據(jù)上述各物理量的計算結(jié)果我們可以判斷出工件是否存在成形缺陷。例如，對于沖壓工藝，可以從工件外形判斷是否起皺，對比成形極限圖還可以看到那些位置可能開裂?；貜椨嬎憬Y(jié)果直接給出工件各處的相對回彈量。對于鍛造工藝，可以從工外形判斷是否

68、有折疊，工件是否已經(jīng)充滿模具型腔。從溫度分布可以判斷工件溫升是否太高，甚至出現(xiàn)過燒。對比破裂準則可以看到工件那些位置可能開裂。如果發(fā)現(xiàn)成形后的工件出現(xiàn)某些缺陷，可能是模具/坯料或者工藝的某些參數(shù)有問題，您可以根據(jù)您的經(jīng)驗對工藝參數(shù)以及模具和坯料進行修改，然后再進行工藝模擬，看那些缺陷是否已經(jīng)去掉。如此反復修改工藝反復模擬直到工件沒有缺陷為止。實際上您在計算機上進行了一次工藝優(yōu)化。這就是說，通過金屬成形工藝數(shù)值模擬，您可以進行工藝設計并最

69、終</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了金屬成形工藝數(shù)值模擬的基本概念、原理和作用。</p><p>　　3 彎曲工藝機理分析</p><p>　　3.1 板料彎曲變形分析</p><p>　　3.1.1 板料彎曲變形的特點</p>

70、<p>　　為了簡化問題，我們對彎曲變形的理論分析只討論在純彎矩作用下的彎曲。并采用圓柱坐標系，板厚方向為徑向，即ρ方向；板條縱向為切向，即θ方向；板條的寬度的方向為軸向，即B方向。</p><p>　　在彎矩作用下，板條將發(fā)生曲率半徑和角度的變化，如圖3-1所示，觀察彎曲前后網(wǎng)格和斷面的變化，可看出彎曲變形的一般特點。</p><p><b>　　變形區(qū)的變形特點

71、</b></p><p>　　圖3-1 彎曲前后網(wǎng)格的變化</p><p>　　根據(jù)上面的網(wǎng)格變化圖，可以認為彎曲變形僅限于彎曲中心角α內(nèi)的扇形區(qū)，而直邊的變形可以忽略。在變形區(qū)，板條上的直線段與被彎曲成圓弧段與。由于>，>，所以，在板料遠離彎曲中心的外區(qū)，在切向因受拉而伸長了，而在靠近彎曲中心的內(nèi)區(qū)，在切向因受壓縮而縮短了。并且，切向變形沿板厚的分布是不均勻的，

72、外表層與內(nèi)表層的變形很大，由于表層至變形中性層，伸長與縮短都是逐漸減小的。變形中性層就是受拉與受壓的分界層，在板料彎曲過程中既不伸長也不縮短，其切向應變?yōu)棣纽?0。變形中性層并不與板厚的幾何中心層相重合，而向曲率中心方向移動，并隨著相對半徑r/t的減小，移動的距離將增大。</p><p><b>　?。ǘ┙孛娴幕?lt;/b></p><p>　　彎曲變形后，截面不保持

73、原來的矩形，而發(fā)生畸變現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在B<3t的窄板彎曲時更加明顯，如圖3-2a所示，B為板料的寬度，t為板厚。截面的畸變可作如下解析：在外區(qū)，切向的伸長變形由板寬方向的壓縮來補充，板的寬度減??；在內(nèi)區(qū)，切向受壓縮將材料擠向板寬方向，板的寬度增大，結(jié)果使截面產(chǎn)生畸變。</p><p>　　圖3-2 板料彎曲后的斷面變化</p><p>　　a) 窄板B<3t b)寬板

74、B>3t</p><p>　　對于B>3t的寬板彎曲，在板寬方向上由于材料的相互牽制作用而使得變形不容易發(fā)生，彎曲后界面基本上保持矩形，可以認為截面不發(fā)生畸變，如圖3-2b。但是，正由于板寬方向上的材料的相互牽制作用，使得板料上的變形區(qū)域在板料中間與板料中間的應力分布是不均勻的，即板料仍然有發(fā)生畸變的傾向。</p><p>　?。ㄈ┳冃螀^(qū)板料厚度變薄</p>&

75、lt;p>　　在彎曲過程中，以變形中性層為界，外區(qū)切向受拉而使板厚變薄，內(nèi)區(qū)切向受壓而使板厚增厚。由于變形中性層的內(nèi)移，切向受拉的面積將大于受壓的面積，因此外區(qū)板厚的減薄量要大于內(nèi)區(qū)板厚的增厚量。結(jié)果使得彎曲后的變形區(qū)板料變薄。這種現(xiàn)象在相對彎曲半徑較小的情況下更為明顯。</p><p>　　（四）彎曲后板料長度增加</p><p>　　由于彎曲時板料變薄現(xiàn)象，根據(jù)體積不變的原則，板

76、料會變長，對于相對彎曲半徑越小的厚彎曲件，其增長量越明顯，薄板變形不明顯。</p><p>　　3.1.2 彎曲變形區(qū)的應力與應變狀態(tài)</p><p>　　由于彎曲變形的特點可以很容易地確定變形區(qū)的應變狀態(tài)。再按應力與應變的對應關系，便可以確定相應的應力狀態(tài)，參看圖3-3。</p><p>　　圖3-3 彎曲時的力應變狀態(tài)</p><p>　

77、　無論是窄板彎曲還是寬板彎曲，變形區(qū)的應力與應變狀態(tài)沿著切向和徑向具有相同的特點，而沿板寬方向兩者的應力與應變有較大的不同。詳述如下：</p><p>　　在切向：外區(qū)受拉，應力與應變均為正值，即σθ>0、εθ>0；而內(nèi)區(qū)受壓，則σθ<0、εθ<0?？梢?，切向應力沿板厚的分布是不連續(xù)的，由外區(qū)的拉應力轉(zhuǎn)為內(nèi)區(qū)的壓應力，其間存在一個“拉”與“壓”的應力分界層，稱為應力中性層。它也有內(nèi)移的特性

78、，且在彎曲瞬時，其內(nèi)移量總是超過變形中性層的內(nèi)移量，兩者并不重合。</p><p>　　在徑向，即板厚方向：外區(qū)與內(nèi)區(qū)的應變與相應切向應變的方向相反，即在外區(qū)：ερ<0；在外區(qū)：ερ>0。按體積不變的原則，從寬板彎曲中很容易證明這一點。而外區(qū)與內(nèi)區(qū)的徑向應力均為壓應力，σρ<0。這可作如下解釋，由于切向變形沿板厚方向分布不均勻，就絕對值而言，由內(nèi)、外表層的最大值向變形中性層遞減為零。這就造成了材

79、料層由內(nèi)、外表層向變形中性層的相互擠壓作用，使外區(qū)與內(nèi)區(qū)的徑向均產(chǎn)生壓應力，并在變形中性層達到最大值，而表層為零。</p><p>　　在板寬方向：窄板與寬板的變形完全不同，其應力也完全不同，可分別進行討論。對于窄板，在板寬方向可以自由變形。因此，無論外區(qū)還是內(nèi)區(qū)，板寬方向的應力可視為零，σB=0。而應變則與相應的切向應變方向相反，外區(qū)為壓應變，εB<0；內(nèi)區(qū)為拉應變，εθ>0。對于寬板，在板寬方向基

80、本不變形。因此，無論外區(qū)還是內(nèi)區(qū)，板寬方向的應變可視為零，εB=0。對于窄板彎曲產(chǎn)生的截面畸變，可以看出寬板彎曲時外區(qū)材料收縮受阻礙而產(chǎn)生拉應力，σB>0，而內(nèi)區(qū)材料伸長受阻礙而產(chǎn)生壓應力，σB<0。</p><p>　　由于窄板彎曲在板寬方向變形的特殊性，使得窄板彎曲時應力狀態(tài)是平面的，應變狀態(tài)立體的，而寬板彎曲正好相反，應變狀態(tài)是平面的，應力狀態(tài)是立體的。</p><p>

81、　　3.1.3彎曲回彈的階段性</p><p>　　彎曲變形有明顯的階段性，由初始的彈性變形逐漸過渡到塑性變形，且彎曲變形過程很不均勻，這種不均勻性直接影響到彎曲工藝的制定。</p><p><b>　　彈性彎曲階段</b></p><p>　　在彎曲變形的初期，外彎曲力矩的數(shù)值較小，在變形區(qū)內(nèi)、外表層產(chǎn)生的切向應力σθ的數(shù)值遠遠小于材料的屈服

82、應力，沿板厚的全部材料層只產(chǎn)生彈性變形。這時如果去掉外力，板料的變形完全消失。彈性變形階段切向應力沿板厚的分布見圖3-4a。</p><p><b>　　彈-塑性彎曲階段</b></p><p>　　當外彎曲力矩增大到一定的數(shù)值時，內(nèi)、外表層的切向應力首先達到材料的屈服應力σs而進入塑性狀態(tài)。繼續(xù)增加外彎曲力矩，彎曲半徑r隨之減小，塑性變形便由內(nèi)、外表層向板料的中心逐

83、漸擴展。對于常見的金屬材料，一般認為相對彎曲半徑r/t>200時，便處于彈-塑性彎曲階段，如果把材料看成線性硬化的彈-塑性材料，其切向應力沿板厚方向如圖3-4b所示。</p><p>　　圖3-4 彎曲切向應力分布圖</p><p>　　a)彈性彎曲 b)彈-塑性彎曲 c)純塑性彎曲</p><p>　　d)無硬化的 e)冪函數(shù)硬化的 f)應變

84、分布</p><p><b>　　全塑形彎曲階段</b></p><p>　　當相對彎曲半徑r/t<200時，彈性變形層的厚度占板料的厚度的比例很小，在實用計算時可以忽略不計，使板料全斷面都進入塑性狀態(tài)，即進入全塑性彎曲階段。圖3-c、3-4d、3-4e分別表示材料為線性硬化、無硬化、冪函數(shù)硬化時的切向應力沿板厚分布情況。</p><p>

85、;　　3.2板料彎曲回彈的機理分析</p><p>　　板料在進行塑性彎曲加工時總是伴隨著彈性變形，當彎曲后去掉外力時，將立即發(fā)生彈性變形的恢復，結(jié)果使彎曲區(qū)間的角度和彎曲半徑發(fā)生變化，與模具相應形狀不一致，這種現(xiàn)象稱為彎曲件的回彈。在沖壓生產(chǎn)中，掌握回彈的規(guī)律很重要。如果在設計模具前，能準確地掌握材料的回彈規(guī)律及回彈值的大小，在設計模具時可預先在模具結(jié)構及工作部位尺寸上采取措施。在試沖后即使尺寸精度有所差異，其

86、修正量也不會太大，這不僅縮短了模具制造周期，而且有利于模具成本的降低及彎曲件精度的提高。由于影響回彈的因素很多，在理論上準確計算回彈值有困難，通常在模具設計時，按試驗總結(jié)的數(shù)據(jù)進行估算回彈值，選擇克服回彈的模具結(jié)構參數(shù)，經(jīng)試沖后再對模具工作部分加以修正直到滿足要求。</p><p>　　3.2.1彎曲回彈的原因</p><p>　　根據(jù)前面的板料彎曲變形分析可知，彎曲件產(chǎn)生回彈的主要原因是

87、由于材料的彈性變形所引起的。板料彎曲時，內(nèi)層受壓應力，外層受拉應力。塑性彎曲時，這兩種應力盡管超過屈服應力，但實際上從拉應力過渡到壓應力時，中間總會有一段應力小于屈服應力的彈性變形區(qū)。由于彈性變形區(qū)的存在，彎曲件在卸載后必然會產(chǎn)生回彈。在相對半徑較大時，彈性變形區(qū)占的比例更大，這種回彈尤為顯著。</p><p>　　回彈是由于在板料的厚度上或應變分布不均勻而引起的[9]。這種應力和應變在板厚上的不均勻分布正是彎曲

88、的特點，對于只施加彎矩的彎曲方式來說，要有效地減少回彈是困難的。為了使回彈減少，應盡量使板厚斷面內(nèi)的應力和應變分布均勻，為此可采取在縱向纖維方向?qū)Π辶线M行拉伸或壓縮的方法，也可采用在板厚方向?qū)Π辶鲜┘訌妷旱姆椒?。在沿板長方向單純拉伸變形的場合，除去外力后，由于在整個板厚斷面內(nèi)變形的恢復是均勻的，所以不會發(fā)生很大形狀的變化。</p><p>　　彎曲時附加拉力以后，究竟是由于什么樣的機理，使回彈得以減少呢？在此用簡

89、單的方式加以分析。</p><p>　　彎曲時附加拉力以后，板料斷面內(nèi)的應力和應變分布的變化如圖3-5所示。</p><p>　　在圖3-5a中，OST為材料的應力——應變關系，S是材料的屈服點。彎曲在未附加拉力時，在板料的外表面的應變?yōu)棣?，產(chǎn)生了如圖3-5b中的A_A`形式的應變分布，則對應的應力值及應力分布如圖3-5a上的A_A`形式。在彎曲周向附加拉力P時，則在整個斷面上都要加上拉

90、伸應變εp，這樣附加拉力后的應力和應變的分布分別為圖3-5a上的B_B`即圖3-5b上的B_B`，斷面的應力分布便變更均勻。去掉附加拉力T后，由于彈性恢復，在整個板厚斷面上應變都要減少εp`。此時應力與應變分布為C_C`，應力值比在板厚斷面內(nèi)不附加拉伸力時</p><p>　　圖3-5 彎曲時附加拉力后的應力和應變分布的變化</p><p>　　的彎曲得到的應力值要小得多。隨后去掉彎矩結(jié)束

91、加工，由于斷面內(nèi)應力降低，此時所去掉的彎矩大小，遠比不附加拉力的單純彎曲所需要的彎矩低得多。因而受彎矩大小直接影響的回彈也大大減少。</p><p>　　3.2.2影響回彈的因素</p><p>　　根據(jù)這一章的分析總結(jié)出影響回彈的因數(shù)：</p><p>　　材料的機械性能。材料的屈服點越高，彈性模量越小，回彈就越大。</p><p>　　材

92、料的彎曲半徑r與板料的厚度t之比值r/t——相對彎曲半徑。彎曲半徑r越大，材料厚度t越小，即相對彎曲半徑越大則回彈量就越大，反之就越小。</p><p>　　彎曲校正力的大小。校正力越大，回彈越小。</p><p>　　模具彎曲間隙。間隙越大，回彈量就越大。間隙小于板料厚度時，有可能出現(xiàn)負回彈。</p><p>　　彎曲件的形狀。彎曲件直邊過短時，回彈較大。V形彎曲

93、件的回彈比U形件彎曲的回彈量大。</p><p>　　凹模內(nèi)的形狀及尺寸。凹模深度過小時，回彈量很大。</p><p>　　另外還與板料的缺陷、模具表面硬度、摩擦力的大小、以及沖壓速度等都有關系。</p><p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了板料彎曲過程中的應力、應變分析及彎回

94、彈的原因、影響的因素。</p><p>　　4參數(shù)計算及方案確定</p><p><b>　　4.1 問題描述</b></p><p>　　如圖4-1所示為某型號冰箱的上門面板，材料為08F鋼，板厚為0.5mm，大邊彎曲半徑為10mm。為了建立分析模型，必須根據(jù)圖中已知的參數(shù)計算出彎大邊時的毛坯尺寸，從而確定凸凹模的相關參數(shù)。</p>

95、;<p>　　圖4-1 冰箱的上門面板零件圖</p><p>　　4.2門面板成形工藝過程</p><p>　　冰箱上門面板因是外觀件，表面成形要求高，不允許有劃傷，要保證光亮平整。該門面板弧面上有一裝顯示裝飾板的方形槽孔，其成形難點在于方形槽孔成形后，該處會否起皺的問題，因方形槽孔邊到彎曲邊的距離很接近。為了拉伸及成形方形槽，先安排切邊預沖孔工序，然后是拉深壓形工序，拉深后

96、拉伸邊緣會起皺，則需要一道修邊工序，彎大邊需要彎曲工序及彎小邊的彎邊工序，最后是沖方形孔的沖孔工序。經(jīng)逐道分析，可確定該冰箱上門面板的成形工藝過程為：切邊沖孔—拉深壓形—修邊—彎曲—彎邊—沖方形槽孔。</p><p><b>　　4.3 計算過程</b></p><p>　?。?）最小彎曲半徑rmin的確定</p><p>　　查《沖壓工藝學》

97、表3—7可得08F鋼的最小相對彎曲半徑rmin/t＝ 0.5,即最小彎曲半徑rmin =0.5×0.5=0.25mm，而r＝10mm>>rmin，符合要求且屬于大半徑彎曲。</p><p>　　（2）彎曲件展開尺寸計算</p><p>　　由門面板成形工藝過程可知，在該道彎曲工序以前有“切邊沖孔”，“拉深壓形”和“修邊”三道工序，所以這個“展開寬度”應指“修邊”以后的

98、板料寬度，而不是把整個面板展平后的寬度，而且該彎曲件可以看成是底部為固定曲面的U形彎曲件，如圖4-2示。圖中的R2.5mm和R10mm兩段弧需要按手冊上的公式進行計算。</p><p>　　圖4-2 冰箱門面板寬度方向的簡圖</p><p>　　查《模具設計與制造簡明手冊》（以后簡稱“《模具簡明手冊》”）表1-122，得單個弧長計算公式為： </p><p><

99、;b>　?。?-1）</b></p><p>　　R——彎曲件中性層的彎曲半徑，R=r+Kt，其中的r為彎曲件內(nèi)弧半徑。K為彎曲件的中性層系數(shù)，其值可由《模具簡明手冊》附表1查得。所以R2.5的?。簉=2.5-0.5=2.0mm , K=0.488，R=r+Kt=2+0.477×0.5 =2.438mm； R10的?。簉=10-0.5=9.5mm，K=0.488；R=9.5+0.488

100、×0.5=9.744mm。</p><p>　　——為彎曲角度，取90º。</p><p>　　所以：R2.5mm弧長展開后的長度為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　R10弧長展開后的長度為：</p><p><b>　?。?-3

101、）</b></p><p>　　查《模具簡明手冊》表1-122得彎曲件展開長度計算公式：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　=3.828×2+15.3×2+（560-10×2）+（60.9-10-0.5）×2+(13.5-0.5) ×2</p&

102、gt;<p>　　=705.056mm； 取L=705mm；</p><p>　　即彎曲前的面板如圖4-3示，圖中的L4=L=705mm，L3=560mm，所以直角邊的長度為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　圖4-3 冰箱門面板彎曲前的尺寸簡圖</p><p><

103、b>　?。?）彈復角的確定</b></p><p>　　當相對彎曲半徑較大時（r/t>10）, 彈復角的數(shù)值可用如下公式計算：</p><p>　　式中：為簡化系數(shù)，為工件的圓角半徑，為工件的彎曲角度。</p><p>　　查《沖壓工藝手冊》表3—8可知08F鋼的簡化系數(shù)K值為0.0032，故半徑為10mm的彎曲件回彈角為：</p>

104、;<p>　　（4）凸凹模圓角半徑的選取</p><p>　　考慮到回彈，凸模的角度為： </p><p><b>　　凸模圓角半徑為：</b></p><p>　　由板厚t=0.5mm<2mm,得凹模圓角半徑=(3～6)t=1.5～3mm，這里取=2mm。</p><p><b>　　（5

105、）凸凹模的間隙</b></p><p>　　查《模具簡明手冊》的表1—125得彎曲模具的間隙系數(shù)n為0～0.2，得摸具的單邊間隙為：</p><p>　　Z=t(1+n)=0.5～0.6mm</p><p>　?。?）凸模的深度計算</p><p>　　一對轉(zhuǎn)動凹模在整形彎曲前的工作階段，其工作原理與普通的帶底的U形彎曲模具的工作

106、原理相似，因此在計算凹模深度深度時查U形件的相關參數(shù)就可以了。如圖4-4和4-5所示的兩幅圖分別是轉(zhuǎn)動凹模簡圖和U形彎曲模具簡圖。</p><p>　　圖4-4 凹模簡圖 圖4-5 U形彎曲模簡圖</p><p>　　圖4-5中的L是指工件的直邊長度，根據(jù)公式(4-5)查《沖壓模具》表3-16，得轉(zhuǎn)動凹模的直邊深度L0=20mm</p>

107、<p>　　轉(zhuǎn)動凹模的總深度可在L0的基礎上加上一個凹模圓角半徑R，即總深度為20+10=30mm。</p><p>　?。?）凸凹模的寬度計算</p><p>　　由于彎曲件有“回彈”現(xiàn)象，所以凹模和凸模在設計時均應考慮回彈，最后設計出來的凸、凹模的工作側(cè)面均有一定的斜度，這里計算出來的凸凹模寬度L凹，L凸均指凸、凹模工作部分的最大尺寸。圖4-6所示的彎曲件簡圖, 其外形寬度L

108、=5600-0.5mm，高度H=60.9mm。</p><p>　　圖4-6 彎曲件尺寸簡圖</p><p>　　查《模具簡明手冊》第96頁的表1.126，得：</p><p><b>　　凹模寬度：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>

109、<b>　　凸模寬度：</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　Lmax——即簡圖中所標注的L；</p><p>　　δ凸、δ凹——按IT7~9級取值；根據(jù)冰箱門面板表面要求高，這里的取凸模尺寸精度為IT7級，凹模尺寸精度取IT8級；查《模具簡明手冊》第880頁的附錄得：IT7級公差數(shù)為