拉深成形是加工薄壁开口空心零件的典型方法,在冲压加工的实际生产中占有重要的地位。该方法所能加工零件的范围相当广泛,从圆筒形件、盒形件到锥形件、球形件直至汽车覆盖件等形状复杂的大型曲面形状零件。圆锥形件是曲面类拉深件中形状较为简单的一种,目前还没有根据圆锥形件的成形规律来计算其成形极限参数的方法。因此,在分析圆锥形件成形规律的基础上,研究其极限成形条件,给出其成形极限参数的确定方法,对于丰富冲压成形基础理论和在圆锥形件的实际生产中科学而正确地确定其成形极限都有重要的意义。 本文依据在圆锥形件成形过程中,处于悬空状态的锥壁是在拉力作用下成形的思想,使用理论解析、实验研究和有限元数值分析相结合的研究方法,完成了下面的研究内容。 (1) 将成形过程中的变形毛坯分为法兰、凹模圆角区、锥壁、凸模圆角区、锥顶五个区,采用有限元分析、网格实验和理论解析方法,全面地分析了各区的变形和受力情况;首次从变形力学理论的角度确定了各区的变形方式、变形特点、变形性质,揭示了圆锥形件的成形规律,为确定其极限成形条件奠定了基础。 (2) 用有限元法对法兰变形过程分析所得到的数据明确了法兰的变形性质,经对获得数据的回归处理,得出了法兰内边缘处最大径向拉应力的计算公式,进而得到了法兰全部成形为锥壁的最大法兰成形应力的计算公式,并且对其进行了实验验证。用网格实验法跟踪了在成形过程中毛坯上质点的靠模轨迹,测量了各质点处应变比的变化。通过对实验数据的分析,确定了锥壁的变形方式、变形特点和变形性质,从而加深了对锥壁成形规律的认识,使关于破裂和内皱问题的解释能够建立在变形力学理论的基础之上。 (3) 依据锥壁是在拉力作用下成形的思想,阐述了经向拉应力引起纬向变形,纬向变形使毛坯上质点产生径向位移,径向位移导致了质点的靠模和锥壁的成形,由此进一步明确和发展了锥壁成形机理。在此基础上,根据塑性理论,导出了经向拉应力与质点径向位移之间的关系式。而且,在确定了破裂危险断面的基础上,通过理论分析和实验数据回归,给出了圆锥形件成形的破裂极限载荷与圆筒形件拉深的破裂极限载荷之间的关系。这部分研究工作,从理论上,为极限成形条件的确定准备了必要的条件。 (4) 根据圆锥形件拉深成形与圆筒形件拉深的相似性,建立了法兰成形的极