摘 要

拉深成形技术的生产效率及材料利用率都比较高。用拉深成形生产的零件强度和刚度较好,精度较高。此外，拉深技术的应用范围也十分广泛,适合加工多种尺寸的零件。在工业部门占据重要地位，是工业发展的基础。随着计算机技术的发展和普及,CAD/CAE计算机辅助设计和分析技术也逐渐应用到工业生产制造的各个领域。其中拉深工艺过程的数值模拟技术日益成熟,影响了拉深技术轻量化和数值化的发展进程。拉深过程数值模拟仿真技术能够对板料的塑性变形过程进行模拟,预测出起皱、拉裂、变形不均匀等产品缺陷的位置,由此可以对相关工艺过程进行优化,提高产品质量,降低企业的生产成本。

本文依据ZK61M镁合金某筒形件的零件图按拉深工序设计了相应的拉深模具。首先通过分析合金材料性能并对比各种拉深方式的特点，选择了对镁合金筒形件来说最为合适的拉深工艺，确定了模具类型和坯料形状尺寸；然后通过计算设计了首次拉深、二次拉深、三次拉深及整形工序的凸模、凹模，并使用CATIA三维制图软件进行三维建模；然后借助金属成形CAE软件DEFORM对该拉深工艺过程进行模拟仿真，分析得出ZK61M镁合金筒形件最佳拉深温度为420℃，最佳拉深速度为50mm/s，并对各拉深工序的模具结构进行了优化改进。论文工作为筒形件拉深工艺及模具的设计提供了指导参考作用。

关键词：拉深工艺，ZK61M镁合金，模具设计，有限元分析

Abstract

Deep drawing forming technology has high production efficiency and material utilization. The parts produced by deep drawing have better strength and rigidity and higher precision. In addition, deep-drawing technology has a wide range of machining possibilities and is suitable for machining a wide range of sizes. Taking an important position in the industrial sector is the basis for industrial development. With the development and popularization of computer technology, CAD/CAE computer-aided design and analysis technology is gradually applied to various fields of industrial production and manufacturing. Among them, the numerical simulation technology for the deep drawing process has become more and more mature, which has affected the development process of lightening and digitization of deep drawing technology. The numerical simulation technology of drawing process can simulate the plastic deformation process of sheet metal and predict the position of product defects such as wrinkling, cracking and non-uniform deformation, which can optimize the relevant process and improve product quality. The company's production costs.

This article according to the ZK61M magnesium alloy part of a cylindrical part drawing according to the drawing process designed a corresponding drawing die. Firstly, by analyzing the properties of alloy materials and comparing the characteristics of various drawing methods, the most suitable drawing process for magnesium alloy cylindrical parts was selected to determine the mold type and blank shape size; then the first drawing was designed by calculation. The three-dimensional modeling is performed using CATIA 3D graphics software; then the drawing process is simulated and analyzed by means of the metal forming CAE software DEFORM. The best drawing temperature of ZK61M magnesium alloy cylinder is 420°C, the best drawing speed is 50mm/s, and the mold structure of each drawing process is optimized and improved. The work of the thesis provides guidance for the drawing process of the cylindrical parts and the design of the die.

Keywords：Deep drawing process, ZK61M magnesium alloy, Mold design, Finite element analysis

目录

摘要 2

第1章绪论 6

1.1课题研究的背景及意义 6

1.1.1镁合金及其应用 6

1.1.2拉深成形技术 6

1.1.3数值模拟技术的作用 6

1.2国内外研究现状 7

1.2.1拉深成形的发展现状及趋势 7

1.2.2 拉深模拟仿真技术的发展现状与趋势 8

1.3课题研究内容与目标 9

第2章筒形件拉深工艺设计 10

2.1零件工艺性分析 10

2.2拉深成形方案选择 11

2.2.1拉深加工方式 11

2.2.2拉深加工类型 11

2.2.3拉深工艺方案的确定 13

2.3毛坯及其尺寸的确定 13

2.3.1确定切边余量 14

2.3.2计算毛坯直径 14

2.3.3计算每次拉深工序件的直径 15

2.3.4计算每次拉深工序件的高度 15

2.4凸模和凹模工作部分的尺寸及公差 16

2.4.1计算凸模和凹模工作部分的直径 17

2.4.2计算凸、凹模工作部分的圆角半径 18

2.4.3拉深模间隙的确定 20

2.4.4压边装置与压边力的确定 21

2.4.5拉深力的确定 22

第3章拉深过程有限元分析的数值基础及原理 22

3.1拉深模拟技术的数学基础 22

3.2拉深过程模拟的数值基础 23

3.2.1动力显式算法 23

3.2.2静力隐式算法 23

第4章ZK61M镁合金筒形件拉深模拟仿真 24

4.1 DEFORM软件分析内容 24

4.2 DEFORM模拟分析 24

4.2.1模拟方案分析 24

4.2.2模拟过程 24

4.3模拟结果分析 29

4.3.1拉深速度的影响 30

4.3.2拉深温度的影响 32

第5章总结与展望 35

参考文献 36

致谢 37

第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.1.1镁合金及其应用

镁合金是基于纯金属元素镁加入其他金属或非金属元素组成的合金^[1]。不管是常见金属铝、锌、锰，还是稀有金属锆或镉等都是其主要的合金元素。它的强度高、密度低，还有良好的耐腐蚀性能。现今全世界开发和应用的材料当中，镁合金因其具有的低密度及高回收利用率等优点而格外受到关注。使其成为最轻的商用金属工程材料，一种理想的现代结构材料。如今镁合金的发展速度很快，其产品的市场需求也早已由航空、航天、火箭等国家支柱工业部门延伸至汽车、通信、数码3c等领域内。是LED及其他灯饰、汽车应用零部件及其他更高要求产品部件的理想材料^[2]。

1.1.2拉深成形技术

拉深成形是通过一定形状的凸、凹模具将冲裁好的板料或者拉深工序件加工成具有一定尺寸和使用要求拉深件的冲压工序。拉深方法可用来制造薄壁空心件，还可以与其他成形工艺复合制成形状非常复杂的零件。拉深成形是高效节能环保，所生产零件的强度和刚度好，精度较高的一种生产工艺。

我国早在2000多年前就有将拉深模具用于器具制造的记录。它已被证明是中国古代拉深和拉深模具的发展在世界范围内占据主导地位。长春第一汽车制造厂于1953在中国成立第一家模具车间,1958开始进行拉深件的生产。精冲模具的生产始于20世纪60年代,目前,中国拥有各种冲压模具的生产能力。冲压模具行业在中国国民经济和基础工业的深冲工业中占据重要地位。

1.1.3数值模拟技术在拉深成形工艺中的应用

国外的CAE计算机辅助工程很早就诞生了。在经过长期发展早已形成相当完善的系统。国内的大部分相关企业对其却不够重视，以至于拉深CAE在国内应用的不是很广泛和成熟。数值模拟技术用计算机计算得出拉深成形过程中的各种数值变化并生成分析结果，有助于分析各种产品制造工艺的缺陷^[3]。简单来说，数值模拟技术就是用计算机模拟仿真生产前期的实验过程，不需要实际进行拉深实验。就现阶段拉深工艺来看，许多的工艺流程已经得到充分改进。拉深成形的产品缺陷可忽略不计且大都集中在内部结构。CAE软件可以直观的表现出模拟的过程和结果，还可计算出以与时间及空间变化相关的进阶性参数。相比较实际的实验过程不仅节约实验材料还减少了实验时间，发现实验缺陷后可以迅速的改进并进行下一次的模拟。在反复不断优化工艺过程后，能够快速的得到最佳工艺过程。用这种方法可以降低企业研发成本提高利润。