163 仿真分析在冷冲模设计中的应用
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西 安 工 业 大 学毕业设计(论文)开题报告设 计 (论 文 )题 目 : 仿真分析在冷冲模设计中的应用学 生 姓 名 : 车新福学 号:020204101学 院 ( 系 ) : 机电工程学院专 业 : 机械设计制造及其自动化指 导 教 师 : 晋小莉 孙建民2006 年 03 月 10 日毕业设计(论文)开题报告1毕业设计(论文)题目背景、研究意义及国内外相关研究情况。(1)背景与研究意义:冷冲压成形是一种历史悠久的金属加工工艺,随着工业水平的不断进步,冷冲压技术和设备日益完善,在汽车、机械制造、电子电器等行业中,冲压加工得到了广泛的应用。大到汽车的覆盖件,小到钟表以及仪器仪表元件,大多是由冷冲压方法制成的。学习、研究和发展冷冲压技术,对发展我国国民经济和加速现代化工业建设具有重要意义。传统的冲压工艺及模具设计只能在众多简化和假设的基础上进行初步的设计计算,然后依靠大量的经验,反复试模、修模来保证冲压件的成形品质。从而拖延新产品的开发,造成研发成本过高,在市场竞争中处于被动的地位。70 年代起,有限元法开始应用于板料成形过程的模拟,各种成熟的 CAE 仿真软件应用于模具工业中,有效地用来解决模具制造中的难题如拉裂、起皱、回弹的预测。伴随冲压成形的计算机仿真技术日渐成熟,并在冲压工艺与模具设计中发挥出越来越大的作用,成熟的仿真技术可以减少试模次数,在一定条件下还可使模具和工艺设计一次合格从而避免修模。这就可以大大缩短新产品开发周期,降低开发成本,提高产品品质和市场竞争力。(2)国内外相关研究:从 20 世纪 70 年代后期开始,经过二十多年的发展,板料成形数值模拟技术逐渐走向成熟,已形成商品化的板料成形分析 CAE 软件,得到许多工业部门的重视和应用,美国的通用、福特、德国的大众、奔驰、日本的丰田、日产等大型汽车制造公司,都已开始应用板料成形分析 CAE 软件指导板料成形件的开发和生产,产生了很好的经济效益。随着我国汽车、飞机等工业的发展,板料成形过程分析的需求日益迫切,板料成形 CAE 软件在我国的应用越赖越广泛。目前应用较为广泛的板料成形分析 CAE 软件如下:ANSYS 是目前较为通用的 CAE 分析软件。它是由美国最大的有限元分析软件公司之一 ANSYS 公司开发的软件,能与多数 CAD 软件接口,实现数据的共享和交换,如 Pro/e、NASTRAN、Alogor、I-DEAS 和 AutoCAD 等。板料成形分析软件 Autoform 是由瑞士联邦工学院开发的。它是一款采用静态隐式算法求解及全拉格朗日理论的弹塑性有限元分析软件,包括了一步法模块(OneStep) 、增量法模块(Incremental) 、模具设计模块(DieDesigner)优化设计毕业设计(论文)开题报告模块(Optimizer)以及修边模块(Trim)等。PAM-STAMP 2G 软件是欧共体于 1992 年正式推出的 PAM-SRAMP 商品化软件。其主要功能模块包括对模具与工艺补充面进行设计和优化的 PAM-DIEMAKER。KMSA 软件是由我国吉林大学汽车覆盖件成形技术研究所与吉林金网格模具工程研究中心完成的国家“九五”重点科技公关项目,在于解决我国汽车工业车身的自主开发与模具制造的“瓶颈”问题,现在已经拓展到航空、通信等其他与冷冲压有关的行业。KMAS 系统能够在制造模具之前,在计算机上模拟出冲压件在模具成形中的真实过程,告知拥护模具结构设计、工艺条件状况是否合理,并最终为用户提供出最佳的模具设计工艺方案。DYNAFORM 是美国 ETA 公司和 LSTC 公司联合开发的用于板料成形过程模拟仿真的专用软件。它集成了 DYNAFORM 本身功能强大的前处理功能和 ETA-Post 后处理软件以及 LSTC 公司开发的有限元动力显式求解器 960 和 970。DYNAFORM 可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、减薄、划痕、回弹,评估板料的成形性能,从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助;DYNAFORM 专门用于工艺及模具设计涉及的复杂板成形问题;DYNAFORM 包括板成形分析所需的与 CAD 软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能。DYNAFORM 软件已在世界各大汽车、航空、钢铁公司,以及众多的大学和科研单位得到了广泛的应用,自进入中国以来,DYNAFORM 已在长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海汇众汽车公司、洛阳一拖等知名企业得到成功应用。目前所有的有限元计算仿真软件的前置处理工具(如 MSC/PATRAN, DYNAFORM)一般具有较强的有限元建摸功能,但都不具备构造复杂几何形面的能力。对于许多复杂曲面构成的零件来说,需要对零件的各个部位进行曲面造型,进而得到光顺的复合曲面。一般只有大型的 CAD 软件(如 Pro/E. CATIA. I-DEAS, UG, CADDS5等)才能实现。Pro /ENGINEER(简称 Pro/E)是由美国 PTC 公司开发的三维 CAD 软件,是一个以特征为主的实体模型系统,它以其强大的参数式设计和统一的数据库管理等特点实现了特征的尺寸驱动和 30 实休与 2D 工程图的双向关联驱动、实体特征建模、标准件库的建立、零部件装配、动态仿真、有限元分析、干涉检查、NC 加工等功能。毕业设计(论文)开题报告自 1988 年引入中国以来,Pro/E 以其先进的设计理念在工业解决方案中拥有显赫的地位,其身影遍布机械、模具、电子、航空、航天、邮电、兵工、纺织等各行各业。Pro/E 在模具设计、分析、制造中也都发挥着重要作。在本课题中将用Pro/E 进行三维建模,然后将模型导入 DYNAFORM,为用 DYNAFORM 软件进行仿真分析做好准备。Pro/Engineer 具有以下的技术特点:A.全相关性(Full Associativity) Pro/E各模型建立在一个真正统一的数据结构上,各模块之间是全相关的,该系统处理三维实体、二维工程图、截面图、总装配以及在分析、仿真加工零件的工艺规程等各类数据时是严格一体化的;B.基于特征的造型(Feature-based Modeling) Pro/E提供了拉伸、旋转、扫描、过渡、孔、槽、扭曲、圆角、倒角、抽壳、拔模斜度、自由变形、管道、变截面扫掠和扫描性过渡等众多的特征和特征构造方法;C.全参数化(Full Parameter) Pro/E实现了全参数化设计。即通过完备且准确的参数和数据来驱动实体,产品模型的每一个设计尺寸都有一个对应参数;D.硬件的独立性(Hardware Independency) Pro/E能在UNIX,Windows等平台上执行,并且维持相同的界面,这样可以方便地让信息在不同机器之间相互转换。毕业设计(论文)开题报告本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施。(1)用 Pro/E 对工件进行三维建模;(2)根据分析结果选定合适的冲压机:对制件进行工艺计算,根据工艺参数通过冷冲压模具手册选择合适的冲压机。(3)通过 Pro/E 将三维模型导入 DYNAFORM5.2 软件,并进行冷冲压工艺的仿真分析:将三维模型转换为 DYNAFORM 可以读入的 IGES 格式的几何曲面信息,然后在 DYNAFORM 软件中进行仿真分析。(4)通过 Pro/E 设计出冷冲压模具的三维图,然后将三维图转化为二维工程图(包括装配图和主要零件图) ,并标注所有尺寸。3.预期成果形式。通过对制件进行仿真分析,可以预知制件的冲压工艺特性,尽早发现在模具设计中的缺陷。DYNAFORM软件可以很好地对板料成形过程进行模拟,通过模拟可得到合理的压边力及其他参数,以指导实际生产,降低了生产成本和制模周期,提高了经济效益;最后画出不少于4张0号图和翻译不少于1000英文单词。毕业设计(论文)开题报告4.本课题研究的重点及难点,前期已开展工作。(1)重点及难点:仿真分析:将用 Pro/E 建立的三维模型导入 DYNAFORM 软件中进行仿真分析;冷冲模卸料机构的设计:卸料装置有刚性和弹性卸料装置,刚性卸料装置适合于板料较硬、较厚且精度要求低的制件;弹性卸料装置是卸料板在压平的情况下冲裁零件后才卸料的,故制出的制品平整,常用于材料较薄、较软的零件冲裁。故初步选定为弹性卸料装置。冲底孔:为了防止拉深时孔的变形,冲底孔应该在拉深后的工序进行。 用 Pro/E 设计模具的三维图,并转换为二维工程图。(2)已开展的工作:了解冷冲模仿真技术在国内和国外的发展以及应用情况;对制件图纸进行了工艺分析,初步确定了制件的加工工序;自学 Pro/E 和 DYNAFORM 软件为仿真分析做好准备;相关方面的参考资料的检索。毕业设计(论文)开题报告5.完成本课题的工作方案及进度计划(按周次填写) 。1-3 周 (2 月 20 日-3 月 12 日): 调研,收集资料,熟悉资料,拟定方案,写开题报告。4 周 (3 月 13 日-3 月 19 日): 用 Pro/E 软件对制件进行三维建模。5-9 周 (3 月 20 日-4 月 23 日): 运用 DYNAFORM 软件对制件进行工艺的仿真分析。10-15 周(4 月 24 日5 月 28 日): 用 Pro/E 对冷冲模进行结构设计,并将三维图转化为二维工程图,标注所有尺寸。16 周 (5 月 29 日6 月 7 日): 将设计的计算过程,各主要方案的选择依据,相关的强度校核整理出来,定稿,打印、装订论文,准备答辩。5. 6.指导教师意见(对课题的深度、广度及工作量的意见) 。指导教师: 年 月 日7.所在院(系)审查意见:院(系)主管领导: 年 月 日毕业设计(论文)开题报告参考文献1吴诗谆 何声健.冲压工艺学.西安:西北工业大学出版社,19912孙印杰编.Pro/E 野火版教程.北京:电子工业出版社,2004 3美国工程技术联合公司编.dynaform5.2软件用户手册,2004 4缪德建.模具制造中CAD/CAM/CAE的应用.模具技术,2002,(2):45-465夸克工作室编.有限元基础教程.北京:清华大学出版社,20026杨玉海.新型液压拉深筒形件过程的数值模拟和实验研究.硕士学位论文.西安:西安交通大学,20037蔡建萍.薄板多步冲压成形的有限元数值模拟.硕士学位论文.上海:上海交通大学,20028谢晖.基于 CAE 的冲压工艺分析理论与关键技术研究.博士学位论文.长沙:湖南大学,20039王都,李志刚等.欧美模具企业考察报告.电加工与模具,2001,(2):1-310岳陆游,陈炜.板料冲压成形有限元模拟分析. 电加工与模具,2003,(3):40-4411方刚,雷丽萍.基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计.模具工业,2006,(6):6-1012马铁利,兰凤崇.车身开发过程中的成形仿真.计算机仿真,2002,19(6):109-11113 Liu Yuqi, Li Zhigang. FAST ACCURATE PREDICTION OF BLANK SHAPEIN SHEET METAL FORMING.Acta Mechanica Solida Sinica.2004,(17):58-6414 DONG Hongzhi.NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTS FOR PANEL FORMING BASED ON CAD/CAE SYSTEM. Journal of ShanghaiJiaotong University.1999,(2)84-9015 Sumit R. Maloo.A Rule-Based Approach To Quadrilateral Mesh Generation. The Master of Science degree in Industrial Engineering. The University of Toledo,2001
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