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有限元为基础的级进模拉伸工艺设计 摘要 渐进式拉伸模是最强大的一种拉伸工艺，因此它也是所有级进模中加工最困难的。在这项研究中，提出了一个基于有限元的渐进式拉伸模分析和设计方法，并形成了汽车照明组件灯泡罩证明。有限元模拟预测，不仅符合变薄和应变，但也有助于消除表面变形。相比较于传统的基于经验的设计，有限元法为基础的开发方法允许工程师在模具制造之前去预测潜在的成型缺陷，从而缩短磨具开发时间。 关键字 级进模拉伸，增量有限元法，一步有限元法，起皱，断裂，表面变形，灯泡罩 1.介绍 级进模是生产大规模金属冲压件的工具，这在家用品中是很常见的，比如生产家电，汽车，办公设备和其他现代餐具。级进模制造复杂的金属冲压件，通过按顺序在每一个工作站传送钢板，执行不同的操作，例如，穿孔，开槽，切断，冲裁，切割，弯曲， 整形，拉伸，起伏，压印，和修边。由于板条自动传输通过每个工作点和传感器控制的试验指导下，具有高效率，高质量，更安全的特点的级进模成型过程。为了在一个模具中完成各种工序，级进模是一个复杂的结构，一般由150-200组件组成，因而级进模的设计是一项繁琐和耗时的过程。 CAD/CAM在级进模开发中的应用 自上世纪70年代，计算机技术已被用来提高级进模设计效率。在这节中，简要介绍一个全面的文献回顾关于计算机辅助级进模设计。从19世纪70年代中期到80年代中期，第一代级进模的CAD/CAE系统，提高了设计效率，通过提供了基本的计算机图形功能，购置数据库模具组件和设计过程的标准化。自九十年代以来，由于级进模设计是以经验和设计规则为基础的实践，人工智能技术（AL）（如知识库，专家系统，模糊推理，规则推理，神经网络）与基于特征建模和知识表征相结合，以进一步提高设计效率。近几年来，主营CAD/CAM系统还提供了定制功能级进模设计，例如，VISI-series-CAD/CAM模具和模具解决方案，来自UGS的级进模向导NX，ProSHEETMETAL的Pro/Engineer和3DQuick- Press with Solidworks 。 然而，基于人工智能和功能技术仅能帮助设计师快速找到解决方法，类似于存储知识或简单应变元件的变形，例如，冲裁，拼接，弯曲，起伏等，以往的经验范围之外的问题依然依赖于设计者的经验和直觉，从而薄板相关的故障，如起皱，断裂，都不能确定，直到物理芯片的制造和测试。 FEM在级进模开发中的应用 钣金仿真技术在过去的十年已经成熟。主要商用有限元分析软件有DYNAFORM, PAM-STAMP, AUTOFORM，它们分析钣金成型过程的能力很强大。Byun等人在进行了有限元分析关于CRT部分的级进模成型。两个关键的操作，卷边弯曲和压印，选自于已被模拟和比较测量结果的16个工序，Park 等人使用硬质塑料有限元分析，模拟一个级进的叠加处理，形成了精密电机铁芯。仿真结果有助于开发相应的模具和工艺设计，Lee SB等人进行精密动态有限元分析关于IC引线脚成型的级进模冲裁过程。他们模拟级进模冲裁过程和已加工好的引线脚的回弹影响。Sim等人开发了一个级进式U型弯曲过程，通过共同使用有限元分析和三维建模。然而，这个级进式深拉伸过程，是所有级进模中最困难的，因此很少拿来研究。 在这项研究中，提出了一个以有限元为基础的级进模设计方法，这个方法主要为了实现对灯泡罩级进模的开发。在以有限元分析为基础帮助下，钣金成型缺陷可以被检测和改善在物理磨具制造前，因此可以缩短开发时间。 2.以FEM为基础的级进式拉伸膜设计 级进模设计有两部分组成，一部分是建模，展开，嵌套，毛培布局和模具结构配置，在所推荐的以有限元分析方法为基础级进模拉伸过程方法，VISI-CAD软件执行钣金零件成型，展开，条料布局以及模具结构建模，而商业DYNAFORM软件V5.2有限元程序可以进行计算毛培的形状和模具设计以及成型工艺分析，一个设计序列图如图-1。 图-1：基于有限元法为基础的级进式拉伸模设计序列图 图-2：灯泡罩和头灯 a：头灯b：灯泡罩和反射灯泡c：灯泡罩的工作机制 钣金模型，它通常是由客户提供的三维模型设计方法开始。最后的拉伸产生于VISI_CAD的部分边延长部分，最后拉伸的几何形状的表面几何形状网状由DYNAFORM V5.2自动生成网格。毛培形状是由 一步有限元计算，初始条料的布局和工作部件设计规则和经验，进一步验证了增量模拟。如果在模拟中没有确定故障，将尝试少拉伸。仿真结果证明，故障免费设计将会被原型工装测试验证，如果拉伸部分满足质量要求，设计被批准，就可以送到加工部门加工了，如果没有，条料的布局和工件需要被改进，以消除通过以上的设计和验证检测到的缺陷。 图-3：灯泡罩6845（单位：mm） 2.1动态显示有限元 拉伸过