毕业论文关键词：毛坯设计；级进模；多步展开法；逆方法

1  简介

汽车车身上的大量零件都是冲压成形的，有时冲压件的特点是很复杂的。为了提高产品的质量和效率，许多零部件都采用渐进式的工艺形成。与简单的冲压模具相比，级进模具有产品质量高、产品效率高的优点，特别适合于大批量生产，而且交货期短。然而，很难设计的条带布局用级进模设计（由多个工位组成，各工位按顺序关联完成不同的加工，在冲床的一次行程中完成一系列的不同的冲压加工。）时，只有经验丰富和技术工程师才有能力把它做好。

在带状布局设计中，设计冲压工艺序列首先根据经验和简单的理论公式。其次，每一步的形状设计流程序列和所有形状组装到一个带状地带。在对模具结构设计进行带板设计后，对实际生产中的板带结构和模具结构进行了验证，找出了潜在的缺陷。有必要修改设计带状布局和模具结构，直到存在的缺陷被删除。因此，要获得最佳的带状布局一个相当艰巨的任务。如果在设计阶段预测最佳坯料形状和尺寸，并在设计阶段预测的其成形性，这将在整个级进模的设计中大大减少的试验和错误的时间。

然而，在设计阶段的带状布局，过程的中间形状和边界条件是未知的。在每一步模拟金属板材成形时，采用有限元增量方法是不可能实现的[1]。对设计师来说最重要的是计算出中间的形状，并从零件的最终形状预测每一步的成形性。到现在为止，逆方法或一步是一个更好的解决问题的方法[2] [3] [4] [5] [6]。但逆方法只能计算初始形状的最终形态却不考虑中间形成过程，对于复杂的形状，特别是在直立墙壁或削弱条件，有时有很大的误差甚至有错误的结果。

很多设计者使用IA预测了初始毛坯形状完整部分，对于许多冲压部分简单的过程来说，这是一种有效的方法。由逆方法计算出的毛坯存在一定的形状误差。为获得优化的毛坯 ，根据冲压件成形后的形状误差和变形趋势 ，提出了毛坯形状修正算法。但对于复杂的组成部分或级进模冲压件，中间成形过程初始毛坯形状会有很大的影响，因为在完全展开的情况下很难确定不同局部成形区域的边界条件。根据实际一步一步的成型工序，计算成反比的局部形成区域是可行的方法，而且在一定程度上避免了直壁或倒边条件。

在FASTAMP板料成形仿真系统中，多步展开方法（MSUM）的开发有助于协助级进模的设计[7]。首先，逆方法的有限元模型的开发是根据冲压过程中的局部区域，和中间在每一步的参考面上，从最终形状到初始形状呈反向展开。在计算模型中，可根据加工过程和特征曲面生成基准面。同时考虑了连接、压边力、摩擦力以及不同曲率半径的应变中性层的偏移等因素对冲压工艺的影响。然后这些形状被组装成一个带状布局。可以预测的成形缺陷的数值结果和最佳的毛坯形状，也可以使用展开的方法生成。

在本文中，首先回顾在IA部分的有限元分析。相对于增量有限元法模拟成形全过程而言，只考虑初始和最终状态的反向有限元法能快速计算出毛坯形状，并对板料成形性进行分析，因此日益得到广泛重视。一个例子说明了毛坯设计是级进模冲压件设计的一部分，而另一个例子的初始形状要与实验和其他数值结果相比。

2  在MSUM方面的有限元

MSUM的有限元模型是基于IA。文件中的有限元公式的详细信息可以在报纸上找到[2] [3] [5]。

具有弯曲效应的DKT和DKQ混合元素类型中所使用的分析模型是为了提高计算精度[8] [9]。边界条件的处理，如位移约束和外部节点力与压边力的转化、摩擦阻力和总阻力拉延筋，介绍了改善约束力的切线刚度矩阵的条件[10]。在本地使用MSUM时，直立的墙壁或削弱条件将变得虚弱，而且实际冲压方向、切线矩阵条件将增加，从而提高了算法的收敛速度。