圆筒形件拉深尺寸计算和成形过程模拟

杨超　王瑞花

Dynaform作为近年来板料成形数值模拟技术中常用的软件，可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、回弹等，从而帮助设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。在利用该软件进行模拟分析时，应该采用理论计算和软件模拟共用，以找出合适的成形工艺。带凸缘的圆筒形件是日常生活中常用的零件，如不锈钢的面盆、压力锅的锅盖等物品，均属于带凸缘的圆筒形件。本文利用所给的拉深件，首先计算了拉深过程中的部分尺寸，而后在理论计算的基础上，结合Dynaform软件对零件的拉伸过程进行模拟，找出了较为合适的压边力，从而为后续拉深模具设计提供依据。

1、带凸缘圆筒形件拉深尺寸计算

图1是带凸缘圆筒形件的零件图，其壁厚为2mm，材料为304不锈钢，精度为IT14级。本文计算的拉深尺寸包括拉深毛坯的尺寸、拉深次数的计算、压边装置的使用与否以及压边力的计算。

1.1带凸缘圆筒形件毛坯尺寸的计算

由图1，零件的厚度t=2mm，因此在计算毛坯尺寸时应采用中线尺寸计算。该零件的相对直径dt/d=380/320=1.18，其中dt为凸缘直径，d为圆筒件底部直径，取修边余量δ=6mm。由拉深毛坯尺寸的计算公式可知：

根据图1，d4=380+2δ=392mm，r=6mm，d2=d+2r=332mm，H=98mm

由此计算出防尘盖毛坯尺寸：

1.2是否需要压边装置和拉深次数的计算

本零件采用普通平面凹模拉深，毛坯不起皱条件为：

t/D≥（0.09～0.17）（1-m）

由图1和D可计算出：t/D=2/527=0.38%，总拉深系数m=d2/D=332/527=0.63。

因此（0.09～0.17）（1-m）=0.0333～0.0629，则t/D<（0.09～0.17）（1-m），因此该零件拉深时需使用压边圈。

查表得出，该零件总拉深系数大于其极限拉伸系数0.55，因此可一次拉深成形。

1.3压边力的计算

一次拉深成形时的压边力：FY=Ap，查表可知，根据零件的复杂程度，p可以取值为2.5、3和3.7MPa。因本文中零件为简单的带凸缘圆筒形件，因此取P值为2.5Mpa。压边圈的面积应与凸模相配合，其最大直径考虑与毛坯重合，由此计算出：

FY=Ap≈π（263.52-1722）×2.5≈312809N

综上所计算的结果，该零件拉深毛坯的尺寸D=527mm，可一次拉深成形，拉深过程中需要使用压边圈防止起皱，压边力FY=312809N。

为验证理论计算的正确性及在此压边力下是否可以得到合格的零件，利用Dynaform软件对其成形过程进行模拟。

2、分析模型的建立及拉深模拟结果的分析

2.1分析模型的建立

在Pro/E widefire4.0中构建拉深凹模和拉深毛坯的三维实体模型，而后将实体模型转化为Dynaform软件识别的IGES格式文件，读入Dynaform，采用Surface网络模型对该零件进行网格划分，通过对网格单元的修复、补洞，得到如图2所示的有限元模型。利用Dynaform5.5软件，采用设置模块中的拉延模模块进行拉深过程的模拟，试验参数设置如下：拉延类型为双动拉深；坯料采用SS304不锈钢；工具行程速度3000mm/s，压边圈闭合速度2000mm/s；压边力采用计算得到的312809N。通过后处理模块观察零件的模拟结果。

2.2拉深模拟结果的分析

当压边力采用312809N时，得到的模拟成形结果如图3所示和图4所示。由图3成形极限图可知，材料在拉深的过程中，大部分处于安全范围在，在零件边缘有起皱趋势，这部分材料在拉深完成后可以通过切边工序切除掉。从图4的厚度变化图上看，材料的最大减薄率为28.2%，最大增厚率为10.23%。一般认为，在成形部分增厚不超过1%、减薄不超过30%都是可以接受的。尽管材料的最大增厚超过了1%，但此处位于零件边缘，同样可以切除掉。在整个拉深的过程中，该零件未出现拉裂。因此，针对该零件，选择312809N的压边力是可行的。

3、结术语

对于所给的带凸缘的圆筒形件，经计算，该零件对应的拉深毛坯尺寸為527mm，零件可以一次拉深成形，拉深过程中需要使用压边圈，以防止零件起皱。经Dynaform模拟，采用压边力为312809N可以得到质量合格的拉深件。

（作者单位：九江学院）

作者简介

杨超；性别：男；出生年：1988-3；籍贯：江西省九江市；最高学历：本科；目前职称：助理实验师；研究方向：材料加工工程。

王瑞花；性别：女；出生年：1987-11；籍贯：山西省忻州；最高学历：本科；目前职称：助教；研究方向：材料加工工程。