冲压模具设计

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冲压仿真在汽车业制造中重要性
数值仿真是产品和设计和制造的核心技术之 一。数值仿真是使板料冲压成形由“经验” 走向“科学”，由“定性”走向“定量”的 桥梁。
对于汽车制造业来说，21世纪的竞争核心将
是新产品的竞争，实现高质量、低成本、短
周期的新车型的开发正是赢得这场竞争的关
键。
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1968年，Yamada（山田嘉昭）推导了小变形问题 弹塑性矩阵的显式表达，大大推进了小变形弹塑 性有限元法的发展；
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1970年，Hibbit、Marcal和Rice基于有限变形理论， 应用增量法建立了全Lagrange格式的大位移、大 应变弹塑性有限元法，Marcal又于同年推出了弹 塑性有限元程序MARC，即现在广泛应用的商品 化大型有限元软件MARC的前身；
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➢ 当前国际上几个有影响的研究组织
以S.C. Tang为代表的Ford公司的研究小组。 他们基于增量型弹塑性有限变形理论 （大变形理论），采用Newton－Raphson 迭代算法求解，建立了专门由于分析车 身覆盖件冲压成形分析的静力隐式 （static implicit）格式的有限元方法。
1973年，Oden等人建立了热粘弹塑性大变形有限 元方法；
1974年，McMeeking等人建立了更新的Lagrange格 式的大变形弹塑性有限元方法；
至此，用于大变形问题分析的弹塑性有限元理论 已经系统的建立起来了。
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➢板料成形有限元分析的发展
1973年，Kobayashi和Mehta把刚塑性有限元法用于 分析冲压成形问题，这是人们第一次用有限元法 来模拟冲压成形过程；
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冲压技术在汽车制造业中重要地位
据统计，汽车上有60－70％的零件是用 冲压工艺生产出来的。因此，冲压技术 对汽车的产品质量、生产效率和生产成 本都有重要的影响。
冲压工艺具有生产效率高、尺寸一致性 好、原材料消耗低、冲压件质量轻、强 度和刚度好、工艺过程简单等优点。
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1974年，Iseki等人用弹塑性增量型有限元法模拟 了液压胀形过程；
1976年，Wifi基于轴对称理论，用弹塑性增量型有 限元法模拟了圆形坯料在半球形凸模下的胀形和 拉深过程；
1977年，在美国GM公司召开了一个关于板料冲压 成形力学分析的研讨会，有两篇论文分别采用薄 膜单元和库仑摩擦理论，这在当时已相当完善；
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板料冲压成形技术的概念
利用金属塑性变形的特点，通过一定方 式对金属板料施加压力，使其产生所需 的塑性变形，从而获得满足所需的各种 形状的零件。
车身覆盖件和车身结构件
车身覆盖件系指覆盖车身内部结构的表 面板件；
车身结构件则指支撑覆盖件的全部车身 结构零件的总称。
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1978年，N.M. Wang和Budiansky基于非线性薄膜理 论，用弹塑性大变形TL格式分析了任意几何形 状模具的冲压成形问题，首次考虑了坯料在模 具表面的滑动和粘着效应的接触摩擦现象；
1980年，S.I. Oh和Kobayashi用刚塑性有限元法分 析了任意形状模具的拉深问题；
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美国Lawerence Livermore国家实验室的Hallqist等 人从1976年开始从事动力显式算法的研究工作， 起初开发了用于二维大变形冲击碰撞分析分析 的应用程序DYNA2D，随后又推出了进行三维 分析的DYNA3D和可用于板料成形分析的 LS_DYNA3D。该系列软件采用的是动力显式积 分算法，无收敛问题，可以解决大规模的动力 非线性问题。
1983年，E. Onate和Zienkiewicz用粘塑性有限元法 分析了非对称模具的冲压成形问题；
1984年，N.M. Wang用刚塑性有限元法分析了速率 敏感型材料的冲压成形问题；
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1985年，Toh和Kobayashi采用壳单元理论，用刚塑 性有限元法首次分析了方形盒的拉深过程，这标 志着冲压成形三维有限元仿真的开始；
冲压模具设计
第三章的主要内 容
第一节 板料冲压成形技术概述 第二节 冲压成形过程的计算机仿真技术及作用 第三节 冲压成形过程的力学模型与有限元求解方法 第四节 板壳理论及有限元法 第五节 模拟仿真软件的使用
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第一章 板料冲压成形技术概述
1.1 引言 1.2 板料冲压成形的分类 1.3 板料冲压成形的物理现象 1.4 板料冲压成形的常见缺陷及产生原因
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➢发展汽车工业（轿车）的需要
汽车工业的发展对机械、电子、材料、计算机、 通信、自动控制等领域的发展起到了重要的促 进作用。
对轿车车身的要求很高，从而大大促进了新技 术和新设备的发展，由此全面带动了其它各种 车型车身技术的开发。
日本轿车的发展对其汽车工业的促进起了举足 轻重的作用就是明显的例证。
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1.1 引言 汽车车身的重要性
汽车工业是衡量一个国家工业水平的重要标 志，为国民经济的支柱产业 。
汽车车身占整车质量的百分比大： 客车、轿车和专用汽车 40－60％； 货车 16－30％
车辆的更新换代速度加快。
降低汽车车身重量对环境保护和缓解能源危 机的重要性。
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板料冲压成形技术的发展概况
➢有限元技术的发展
1960年，Clough教授在论文中首次提出“有限元” 这一名词，Courant、Argyris、Turner、Clough和 Zienkiewicz的论文促成了有限元法的诞生，奠定 了早期有限元法的基础；
1967年，Marcal教授和King提出了弹塑性有限元格 式；
1985年，Makinouchi（木野内）用弹塑性有限元法 分析了弯曲和修边过程；
1986年，Nakamachi（仲町英治）也用弹塑性有限 元法分析了冲压成形的一般问题；
1987年，Park等人用刚粘塑性有限元法分析了轴 对称冲压成形问题；
1988年，Nakamachi用弹塑性有限元法模拟了方形 盒的拉深过程。