文献综述
摘要：本文先介绍关于多次拉深成形的国内外研究现状。通过阅读相关文献，分析了多次拉深成形的难处。用有限元模拟的方法对一个多阶梯件进行一次试拉，分析该件拉深成形过程中出现的问题。
关键词：多阶梯件 多次拉深 有限元模拟
1.国内外研究现状
板材冲压成形在金属加工成形工艺中起着重要的作用。拉深成形是冲压成形的方法之一，拉深生产中，经常会碰到零件所要求的变形程度超过了材料一次成形所允许的最大变形程度,零件无法一次拉深成形，必须采用多次拉深成形的方法，拉深件的总变形量分别由每道次拉深承担一部分的变形量。多次拉深成形的机理非常复杂,在多次拉深成形中,后续拉深工序的坯料已经历过一次或多次变形,材料在几何形状、力学性能和厚度均匀性上都发生了一定的变化,这给研究多次拉深成形带来了一定的困难[1][2]。传统的研究只能通过实验和物理模拟定性而不能定量的分析多次拉深成形过程。近年来,随着计算机技术和有限元方法的发展,仿真技术在板料成形方面获得了很大的发展。计算机仿真能够反映模具与板料之间的相互作用以及板料实际变形的全过程,对于推动生产的快速化和设计的智能化已经起到了越来越重要的作用[3][4]。虽然计算机仿真在模拟单工步成形方面获得了很大的成功,但由于多次拉深成形本身的特点和难点,目前在模拟多次拉深成形方面还处于起步阶段,有关这方面的研究成果还比较少。
在国外，Budiansky 和 Wang 最早开始研究板料成形的模拟。在研究中，他们模拟了半球冲头的胀形过程并用以不同的材料，还通过流动坐标对一般薄壳的有限元模[5]。之后，板料成形数值模拟逐渐发展应用。1994 年，韩国的 S.B.Park 等人以 Auto CAD 软件系统为工作平台，运用 Gamp;TR（generate amp;test and rectify——成形、测试和调整）法，开发了一个适用于个人计算机运行的轴对称件的板料多次拉深成形计算机辅助工艺设计和分析系统——Pro-Deep[6]。Dong-Kyun Min等人采用有限元数值模拟方法模拟了多次拉深的成形过程，优化了多次拉深成形的许多工艺参数如坯料形状、凸、凹模圆角半径、模具间隙、压边力、拉深力等，以及通过模拟发现成形过程中容易出现的缺陷，找出解决办法[7]。波兰的 Z.Zimniak 运用商业模拟软件 MARC 成功地模拟了压缩容器盖的多次拉深成形过程，优化了设计中的工艺参数，成功地将原来采用多次拉深和焊接方法结合生产的零件最终只用拉深方法生产出合格的零件[8]。
国内在板料成形数值模拟方面起步较晚。经过近年的发展，我国在该领域也取得了很大的进展。喻祖建，李华基针对多次拉深成形的特点和难点，分析了多次拉深成形计算机仿真的一般过程，阐述了多次拉深成形仿真 过程中应注意的几个关键技术问题：几何模型的建立、网格划分、屈服准则的选用、板料与模具间干涉问题的处理以及工序间变形历史信息的传递等[9]。陈邑等提出了一种深筒制件首次拉深系数的确定方法，该方法以控制筒壁最大减薄率为目标，基于有限元模拟技术，应用0.618优化方法确定首次拉深系数。将该方法应用于某深筒制件案例，结果表明，该方法可以快速、准确地获得与经验法一致的结果[10]。汪建敏采用有限元分析软件Dynaform对世界知名品牌HOFMANN某型拆胎机所用气缸壳体拉深成形工序进行了数值模拟,通过模拟分析,将原需要3次拉深成形工序改为2次拉深成形工序,并进行了实验验证,有效地降低了制造成本,提高了生产效率[11]。周永新针对多次拉深级进模设计过程中，拉深工艺的多样性和复杂性，模具结构复杂，成本高等特点，采用板料成形有限元分析软件Dynaform进行冲压过程模拟，分析不同拉深次数对成形的影响，为设计合理的拉深工艺提供参考，从而缩短设计时间，提高产品质量并降低生产成本[12]。
目前，国内外在板材多次拉深成形方面做了大量研究，但大多是对于阶梯圆筒件及两阶梯件的研究。本课题的阶梯件是在两个方形阶梯上又放了一个圆筒形阶梯，拉深次数更多，形状变化更为复杂。需要对压边力、冲压速度、模具间隙、凸凹模圆角、压边圈形状等参数进行研究。
- 多阶梯件的特点
多阶梯件拉深与普通工件拉深不同，普通工件为了保证加工效率和成本，一般采用一次拉深成形，而多阶梯件不能通过一次拉深成形，需要进行多次拉深。多次拉深成形的方法，拉深件的总变形量由每次拉深承担一部分的变形量。多次拉深的工序较为复杂，其第一次拉深成形与普通一次拉深几乎相同，拉深板料为初始的平板料，后序的拉深是在第一次的基础上进行拉深，毛坯板料为上次加工的半成品零件。在经过几次拉深后中间工序的毛坯材料的性能发生了一定的变化，所以多次拉深工艺问题更为复杂[13]。
本研究中多阶梯件参数为：大口120mmtimes;120mm、中口90times;90mm、小口Phi;40mm ，每个阶梯约深20mm。（见图1）阶梯较多那么拉深次数也会增加，阶梯由方形变成圆筒形，形状变化较大拉深更复杂。
