筒形件拉深时壁厚变化规律的研究

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在拉深成形过程中存在毛坯厚度发生变化的现象,但大部分薄板拉深件的工艺设计都不会考虑毛坯的厚度变化,这并不意味着厚度变化对零件没有意义。事实上厚度变化率是反应塑性变形程度的最直观参数,但受限于非边缘区的厚度难以测量,使得这一参数的实际意义大打折扣。对薄板零件而言,壁厚是影响零件强度,密闭性及承压能力的重要指标,设计师们并非不想控制产品的厚度变化,而是缺乏直观的工具——目前学术界仅就拉深件各力学区域内的壁厚变化趋势达成一致,没有定量性的结论或公式出现。本文拟从有限元实验和理论计算两条线路,对圆筒形拉深件在成形过程中毛坯的厚度变化规律予以研究,绘制零件的壁厚变化曲线。有限元实验方面使用计算机模拟实验代替了成本高昂且周期过长的实物实验。模型的搭建基于LS-DYNA有限元求解器,选用DYNAFORM作为前处理程序,并适当修改文件使得模型更为贴合实验要求。数据处理阶段,基于MATLAB语言编写的诸多程序有效实现了数据的读取,分类,筛选等,并自动绘制壁厚变化曲线,避免了大量的人工操作。最后依托MATLAB数学工具箱,对曲线进行分段拟合分析,得出具有普适性的拟合代数式,总结得到基本规律。理论路线则是从变形时的金属流动着手,分析不同区域的毛坯厚度之间的潜在联系,建立简化的流动模型,使得终成型零件的壁厚与变形过程中凸缘平面的壁厚相对应,从而将复杂的增量形变问题转变成静力平衡问题。当在凸缘平面的主应力平衡微分方程中引入厚度参量后,不可避免地导致了未知变量的膨胀,为此继续引入伊留申公设等,成功建立起八元微分代数方程组,并实现了方程数量和未知变量个数的平衡。方程组的求解通过MATLAB数值计算功能实现,在成功求得毛坯厚度的数值解后,得到理论的厚度变化曲线也是水到渠成的事情。继续对比实验曲线和理论计算曲线,则可发现并修正所建立模型的不足之处。
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