锥形盒件拉深成形有限元分析及工艺正交优化(2)
现阶段对某些形件拉深的研究已经有了较成熟的结论，比如圆筒形件、方形盒件，其模具制造参数在很多冲压模具设计手册上已经有了明确的结论。但是对锥形盒件这类兼备圆锥形件及方形盒件特点的特殊形件的拉深研究至今仍没有比较成熟的结论，基于锥形盒件在工业生产中频繁的使用率，本课题选择了对锥形盒件的拉深过程进行有限元仿真，探讨了锥形盒件拉深过程中的各因素对成形结果的影响，并寻求较合理的拉深参数。
1.2锥形盒件拉深成形的研究现状
1.3本文的主要内容和组织结构
本课题选取了锥形盒件作为研究对象，对锥形盒件的的拉深成形进行理论分析，并建立锥形盒件及其拉深模具的有限元模型，并对锥形盒件拉深成形进行有限元仿真，通过对不同拉深深度、板料厚度、凹凸模圆角、压边力等进行单因素仿真寻找合适的参数，并通过正交优化的思想方法寻求较为合理的参数组合。论文结构组织如下：
1)第一章分析了拉深成形技术的研究背景、研究现状。
2)第二章分析了锥形盒件的拉深成形过程，找出影响拉深成形质量的主要因素，研究仿真的理论基础、失效形式。
3)第三章说明了在Dynaform中对锥形盒件拉深成形仿真的单次流程。
4)第四章对拉深深度、板厚、凹凸模圆角半径、压边力等参数进行锥形盒件拉深成形的单因素仿真，并通过正交优化的思想寻求并验证较为合理的参数组合。
2锥形盒件的拉深成形的理论分析
2.1锥形盒件的拉深特点
锥形盒件拉深应力和变形特点兼具圆筒形件及方形盒件的特点[5]。
锥形盒件的拉深在变形性质上与圆筒形零件相同，毛坯变形区也是受一拉-压应力状态的作用。但是，与圆筒形零件的拉深相比，其间最大的差别是拉深件周边上的变形是不均匀的。
锥形盒件可看成由方形盒件具备了一定锥度所得。分析其拉深工艺性可知锥形盒件在成形时材料流动是极不均匀的，如图2.1。分析各处材料的应力应变状态，材料的流动性主要取决于各处材料变形程度和变形抗力的大小，而此形件的应力应变是不均匀的。在对这样的形件进行拉深时，要通过对不同锥度、板料厚度、凹凸模圆角、压边力等进行仿真寻找合适的参数组合。
图2.1锥形盒件拉深材料流动图
锥形盒件的拉深可以看成由直边部分及圆角部分组成。锥形盒形件拉深变形时，圆角部分近似圆筒形件的拉深，直边部分近似板料弯曲。因此锥形盒件的拉深成形是圆角部分拉深和直边部分弯曲两种变形方式的复合。然而，圆角和直边是联系在一起的整体，因而变形时必然有相互的作用及影响。拉深过程中，由于圆角部分的材料要向直边流动，因而直边部分也产生了横向压缩、纵向伸长的变形，而圆角部分由于直边的存在，金属的流动使得圆角部分的变形程度大为减小。因此，锥形盒件的拉深变性特点可归纳为以下4点[6]：
（1） 锥形盒件拉深时，角部变形基本上与圆筒形件拉深变形相似，只是由于金属向直边流动，使得径向应力σr及切向应力στ在圆角的部分是不均匀的，圆角中部最大，逐渐向两边减小。
（2） 拉深时，直角部分除弯曲变形外，在与圆角的连接部分，还有横向压缩及纵向伸长。因而其应力也包括纵向拉应力与横向压应力两部分。
（3） 拉深时，圆角部分的径向拉应力是分布不均匀的，而其平均拉应力比与之相同半径的圆筒形径向拉应力小很多。因而锥形盒件的极限变形程度可相应加大，拉深系数可相应减小。