圓筒形件拉深尺寸計算和成形過程模擬

楊超　王瑞花

Dynaform作為近年來板料成形數(shù)值模擬技術(shù)中常用的軟件，可以預(yù)測成形過程中板料的破裂、起皺、回彈等，從而幫助設(shè)計人員顯著減少模具開發(fā)設(shè)計時間及試模周期。在利用該軟件進(jìn)行模擬分析時，應(yīng)該采用理論計算和軟件模擬共用，以找出合適的成形工藝。帶凸緣的圓筒形件是日常生活中常用的零件，如不銹鋼的面盆、壓力鍋的鍋蓋等物品，均屬于帶凸緣的圓筒形件。本文利用所給的拉深件，首先計算了拉深過程中的部分尺寸，而后在理論計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合Dynaform軟件對零件的拉伸過程進(jìn)行模擬，找出了較為合適的壓邊力，從而為后續(xù)拉深模具設(shè)計提供依據(jù)。

1、帶凸緣圓筒形件拉深尺寸計算

圖1是帶凸緣圓筒形件的零件圖，其壁厚為2mm，材料為304不銹鋼，精度為IT14級。本文計算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次數(shù)的計算、壓邊裝置的使用與否以及壓邊力的計算。

1.1帶凸緣圓筒形件毛坯尺寸的計算

由圖1，零件的厚度t=2mm，因此在計算毛坯尺寸時應(yīng)采用中線尺寸計算。該零件的相對直徑dt/d=380/320=1.18，其中dt為凸緣直徑，d為圓筒件底部直徑，取修邊余量δ=6mm。由拉深毛坯尺寸的計算公式可知：

根據(jù)圖1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm

由此計算出防塵蓋毛坯尺寸：

1.2是否需要壓邊裝置和拉深次數(shù)的計算

本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皺條件為：

t/D≥（0.09～0.17）（1-m）

由圖1和D可計算出：t/D=2/527=0.38%，總拉深系數(shù)m=d2/D=332/527=0.63。

因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，則t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此該零件拉深時需使用壓邊圈。

查表得出，該零件總拉深系數(shù)大于其極限拉伸系數(shù)0.55，因此可一次拉深成形。

1.3壓邊力的計算

一次拉深成形時的壓邊力：FY=Ap，查表可知，根據(jù)零件的復(fù)雜程度，p可以取值為2.5、3和3.7MPa。因本文中零件為簡單的帶凸緣圓筒形件，因此取P值為2.5Mpa。壓邊圈的面積應(yīng)與凸模相配合，其最大直徑考慮與毛坯重合，由此計算出：

FY=Ap≈π（263.52-1722）×2.5≈312809N

綜上所計算的結(jié)果，該零件拉深毛坯的尺寸D=527mm，可一次拉深成形，拉深過程中需要使用壓邊圈防止起皺，壓邊力FY=312809N。

為驗證理論計算的正確性及在此壓邊力下是否可以得到合格的零件，利用Dynaform軟件對其成形過程進(jìn)行模擬。

2、分析模型的建立及拉深模擬結(jié)果的分析

2.1分析模型的建立

在Pro/E widefire4.0中構(gòu)建拉深凹模和拉深毛坯的三維實體模型，而后將實體模型轉(zhuǎn)化為Dynaform軟件識別的IGES格式文件，讀入Dynaform，采用Surface網(wǎng)絡(luò)模型對該零件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過對網(wǎng)格單元的修復(fù)、補(bǔ)洞，得到如圖2所示的有限元模型。利用Dynaform5.5軟件，采用設(shè)置模塊中的拉延模模塊進(jìn)行拉深過程的模擬，試驗參數(shù)設(shè)置如下：拉延類型為雙動拉深；坯料采用SS304不銹鋼；工具行程速度3000mm/s，壓邊圈閉合速度2000mm/s；壓邊力采用計算得到的312809N。通過后處理模塊觀察零件的模擬結(jié)果。

2.2拉深模擬結(jié)果的分析

當(dāng)壓邊力采用312809N時，得到的模擬成形結(jié)果如圖3所示和圖4所示。由圖3成形極限圖可知，材料在拉深的過程中，大部分處于安全范圍在，在零件邊緣有起皺趨勢，這部分材料在拉深完成后可以通過切邊工序切除掉。從圖4的厚度變化圖上看，材料的最大減薄率為28.2%，最大增厚率為10.23%。一般認(rèn)為，在成形部分增厚不超過1%、減薄不超過30%都是可以接受的。盡管材料的最大增厚超過了1%，但此處位于零件邊緣，同樣可以切除掉。在整個拉深的過程中，該零件未出現(xiàn)拉裂。因此，針對該零件，選擇312809N的壓邊力是可行的。

3、結(jié)術(shù)語

對于所給的帶凸緣的圓筒形件，經(jīng)計算，該零件對應(yīng)的拉深毛坯尺寸為527mm，零件可以一次拉深成形，拉深過程中需要使用壓邊圈，以防止零件起皺。經(jīng)Dynaform模擬，采用壓邊力為312809N可以得到質(zhì)量合格的拉深件。

（作者單位：九江學(xué)院）

作者簡介

楊超；性別：男；出生年：1988-3；籍貫：江西省九江市；最高學(xué)歷：本科；目前職稱：助理實驗師；研究方向：材料加工工程。

王瑞花；性別：女；出生年：1987-11；籍貫：山西省忻州；最高學(xué)歷：本科；目前職稱：助教；研究方向：材料加工工程。