到了 1990 年，有限元成形技术数值模拟研究已经进入了成熟和应用阶段， 1989 年，美国精密成形制造工程中心的 Sven K。 Esche 等研究人员开发了轴对称 工序成形系统，这个系统可以处理一些基本的拉深工艺分析和模具设计等，但是 系统十分粗糙，而且设计的参数和工艺方案不能自动修改，因此没有应用于实际 生产中[16]。1996 年，该中心引入有限元技术对系统进行了优化，改善后的系统 分为三大模块，第一个是智能设计模块，该模块是运用固定标准化方法来生成拉 深的模具，第二个是分析模块，通过模拟拉深成形来了解工件内部受力情况，第 三个是接口模块，专门处理两个模块之间的数据传输。目前，该系统的分析和设 计模块还未设置接口，并且分析模块只能分析首次拉深，对于后续拉深还不能分 析[17]。

1994 年，韩国的 S。B。Park 等人以 CAD 软件为平台，设计了一个个人计算机 运行的轴对称件的拉深工艺和分析系统。该系统主要分为输入输出模块、用户修 改模块、几何模型设计模块和测试和调整模块四大模块。通过输入几何模型（可 识别的 dwg、IGES 等文件），输出工艺过程以及工艺参数等，通过把模拟数值

与实际数值进行对比，调整工艺过程和参数，直到得到最优的工艺方案，使工件 的成形性不受到破坏，而用户修改模块对设计师有更大的帮助，因为他们可以方 便的修改每一步的拉深参数和一些工具参数[18]。

Dong-Kyun Min 等人采用有限元技术模拟了多次拉深的过程，通过分析拉深 过程中出现缺陷的现象，优化了拉深工艺的许多工艺参数例如凸、凹模圆角半径、 模具间隙、压边力等，避免了这些缺陷的产生[19]。波兰的 Z。Zimniak 运用有限元 数值模拟成功的模拟了压缩容器盖的拉深成形过程，通过优化某些工艺参数，将 原来需要采用拉深和焊接方法结合才能生产的零件转变为仅仅需要拉深方法就 能产生合格的零件[20]。

国内的有限元技术也在逐步发展，王银芝先对盒形件的拉深成形机理进行了 理论分析，然后应用 DYNAFORM 软件进行有限元数值模拟，发现两者的分析 结果相同，并且提出了改善成形质量的措施[21]。陶宏之对多次拉深有限元模拟中 的几何建模、网格划分和边界条件的设置技术进行了研究，同时对物理模拟和软 件数值模拟的结果进行了分析比较[22]。文献[23]利用有限元技术分析材料成形过 程中的起皱和拉裂现象，通过改变工艺参数和工艺方案得到的最佳结果指导实际 生产问题，节约了在实际生产过程中大量的人力、物力和财力，提高了生产效率。

1。3 选题意义和研究内容

拉深成形技术广泛用于各个领域的实际生产中，而阶梯件的拉深在整个拉深 行业中也占有一定的比重。采用数值模拟拉深成形的方法，分析拉深成形质量的 影响因素，通过研究拉深过程中零件的应力应变状态和厚度变化，预测成形过程 中出现的破裂、起皱等缺陷，从而获得最优工艺方案，这对提高成形件质量，降 低人力、物力和成本，提高实际生产效率具有重要意义。

近些年，在拉深数值模拟的研究热点中，主要研究首次拉深的数值模拟。本 文对阶梯件多次拉深进行数值模拟具有研究价值，对实际生产有一定的指导意 义。本文以阶梯件的多次（三次）拉深为对象进行研究，通过数值模拟三次拉深 的过程，分析模具和工艺参数对拉深质量的影响，以期获得优化工艺参数，提高 零件质量。具体内容如下：

（1）阐述阶梯件多次拉深成形原理及特点，分析拉深过程中常见缺陷及相应的预防措施。