【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 10 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 在 Dynaform 中對(duì)矩形水槽沖 壓成形仿真流程圖 矩形件成形仿真 本課題研究矩形件的沖壓成形性能和規(guī)律，矩形件是最常見(jiàn)的幾何形狀相對(duì)比較規(guī)則、應(yīng)用比較廣泛的一類(lèi)沖壓件，在非軸對(duì)稱(chēng)件中具有一定的代表性。矩形件也是薄板金屬?zèng)_壓件中較難成形的一類(lèi)零件，矩形件由于含有直邊區(qū)和圓角區(qū)的緣故，變形區(qū)內(nèi)各處毛坯變形大小的分布是不均勻。因此，研究矩形水槽的沖壓成形性能對(duì)以后復(fù)雜矩形件的研究有著一定的指導(dǎo)意義。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè) 考慮到?jīng)_壓件受工件幾何參數(shù)、模具幾何參數(shù)、材料性能、材料厚度、沖壓力、拉深極限、變壓邊力等因素的影響，因此要獲得良好的試驗(yàn)效果，首先應(yīng) 建立合理工藝模型，步驟如下： 模具幾何模型及材料模型的建立 在 PRO/E 中建立凸模、凹模、板料的模型，在草繪狀態(tài)下繪制凸模（如圖 ）、凹模（如圖 ）、板料的尺寸（如圖 ）。對(duì)于凸模和凹模草繪后進(jìn)行拉深，拉深深度為凸模 80mm，凹模 100mm；對(duì)板料草繪后填充。由于矩形件的拉深成形特點(diǎn)，需要繪制分塊壓邊圈，將凹模分開(kāi)（如圖 和圖 ）。 圖 凸模尺寸 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 凹模尺寸 圖 板材尺寸 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 分塊壓邊圈 Y1 圖 壓邊圈 Y2 文件保存 對(duì)生成的實(shí)體模型保存副本，文件類(lèi)型選擇 *igs，在輸出 IGES 窗口，選取曲面，坐標(biāo)缺省。這樣就能把相應(yīng)的模型轉(zhuǎn)換為 *igs 文件，供 Dynaform調(diào)用。同時(shí)將相應(yīng)的實(shí)體模型保存以便在后面改變模具參數(shù)重新建模所用。 模型導(dǎo)入和編輯 打開(kāi) Dynaform 軟件，依次將凹模、凹模、板料、分塊壓邊圈導(dǎo)入 (如圖 ）。然后本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 14 頁(yè) 共 44 頁(yè) 編輯零件層， A 對(duì)應(yīng)凹模， T 對(duì)應(yīng)凸模， B 對(duì)應(yīng)板料 ,Y1 對(duì)應(yīng)分塊壓邊圈 Y1， Y2對(duì)應(yīng)分塊壓邊圈 Y2，如此方便以后工作（如圖 ）。 圖 導(dǎo)入后的 模型 圖 編輯模具 修剪模型 選擇 surface 對(duì)導(dǎo)入的模型進(jìn)行處理，刪除不必要的表面。刪去相應(yīng)的表面后如圖 所示。 凸模 板料 凹模 分塊壓邊圈 Y2 分塊壓邊圈 Y1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 表面處理后的模型 模型網(wǎng)格化 分別對(duì)凹模、凸模、板料和分塊壓邊圈進(jìn)行網(wǎng)格化，相應(yīng)的單元的參數(shù)設(shè)置如圖 和圖 ，設(shè)置最大尺寸為 ，最小尺寸為 ，弦高尺寸為 ，角度為176。 ,間隙公差為 m，忽略孔洞尺寸為 。對(duì)板料的網(wǎng)格化，設(shè)置當(dāng)前零件層為板料， Tool Radius 為 。網(wǎng)格化后的模型如圖 所示。 圖 凸模、凹模、壓邊圈單元網(wǎng)格化參數(shù) 圖 板料單元網(wǎng)格化參數(shù) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 網(wǎng)格化后的模型 定義板料的材料與屬性和模具間距 板料的材料和屬性設(shè)定，在定義毛坯里添加板料，然后進(jìn)入材料庫(kù)窗口選擇低碳鋼中DQSK， Type37 所對(duì)應(yīng)的材料。如下圖 和圖 所示，相應(yīng)的中文參數(shù)如表 。 圖 板料的材料屬性 凸模 板料 凹模 分塊壓邊圈 Y2 分塊壓邊圈 Y1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè) 表 材 料性能參數(shù) 厚度 t/ mm 寬度 L/ mm 屈服極限 MPa/s? 強(qiáng)度系數(shù) K/ MPa 厚向異性 指數(shù) r 應(yīng)變強(qiáng)化 指數(shù) n 1 200 圖 板料的屬性 模具間隙的確定，首先在定義模具中，然后在用戶(hù)自定義中新建用戶(hù)定義工具名稱(chēng)，零件層中選擇相應(yīng)的模型件。如圖 所示其中 a 對(duì)應(yīng)凹模， t 對(duì)應(yīng)凸模， b 對(duì)應(yīng)板料，y1 對(duì)應(yīng)分塊壓邊圈 Y1， y2 對(duì)應(yīng)分塊壓邊圈 Y2。 定義模具間的距離如圖 所示，選取工具中的 定位工具中移動(dòng)工具，選擇要移動(dòng)的模具如 a、 t、 y y2，在距離中輸入移動(dòng)距離，移動(dòng)方向?yàn)?Z 方向 。使得 t、 y y2在Z方向移動(dòng) +， a 在 Z 方向移動(dòng) 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 定義用戶(hù)工具 圖 移動(dòng)模具距離 定義凸模的運(yùn)動(dòng)和壓邊力 在定義工具里如圖 所示，選擇用戶(hù)定義工具中選中 t，然后定義凸模的運(yùn)動(dòng) Z方向，沖壓速度，沖壓行程負(fù)號(hào)表示 Z 的負(fù)方向。定義壓邊力，在 y1 和 y2 下定義載荷曲線(xiàn)中選擇作用力， Z 方向，輸 入不同的壓邊力（如圖 和圖 ）。 圖 凸模的運(yùn)動(dòng)情況 圖 作用在壓邊圈 y1 上的壓邊力 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 作用在壓邊圈 y2 上的壓邊力 對(duì)模型進(jìn)行有限元計(jì)算 定義完所有的參數(shù)后進(jìn)行后處理，在分析中選擇 LS_Dyna（如圖 ）， 為了在后處理中能夠較好的觀(guān)察成形過(guò)程，一般設(shè)定 STEP=20。求解器采用 Full Run Dyna,求解器精度采用單精度。同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大時(shí)，為了加快運(yùn)算速度，可以適當(dāng)提高 Dynaform運(yùn)算器的內(nèi)存值。 圖 Analysis 的參數(shù)設(shè)置 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè) 后處理 在仿真結(jié)束后， 可以進(jìn)入 Dynaform 的 PostProcess 的后處理環(huán)境，進(jìn)行一系列后處理。 （ 1）等值線(xiàn) 對(duì)單元應(yīng)力和相關(guān)的結(jié)果等進(jìn)行顯示。在同一等值線(xiàn)上是以同一顏色顯示的，相應(yīng)的等值線(xiàn)值在圖形窗口右邊的顏色柱顯示（圖 ）。 （ 2）矢量圖標(biāo) 將結(jié)果以矢量形式顯示（圖 ），能夠?qū)Σ牧系牧鲃?dòng)性進(jìn)行顯示。 （ 3）成形極限圖 用來(lái)評(píng)價(jià)板料的可成形性（安全和失效區(qū)域）。圖中每一點(diǎn)的 X 坐標(biāo)和 Y坐標(biāo)代表 每一單元的最大和最小應(yīng)變，基于零件的可成形性分析將 FLD 圖（ forming limit diagram）（圖）劃分為 7個(gè)區(qū)域， CRACK 斷裂區(qū)域、 RISK OF CRACK 斷裂危險(xiǎn)區(qū)域、 SAFE 安全區(qū)域、 WRINKLE TENDENCY 起皺趨勢(shì)、 WARINKLE 起皺、 SEVERE WAINKLE 嚴(yán)重起皺、 INSUFFICIENT STRETCH 不充分拉深，每個(gè)區(qū)域用不同的顏色表示。 （ 4）厚度 用來(lái)模擬坯料在成形中的厚度等值線(xiàn)變化，以評(píng)估沖壓質(zhì)量。數(shù)值的讀取，根據(jù)所要的點(diǎn)顏色 到圖形右邊的顏色柱找到 對(duì)應(yīng)顏色，所顯示的數(shù)值即為所求的。其中單位為 mm（圖 ）。 (a) 成形等值線(xiàn)圖 (b) 成形矢量圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè) (c) 成形 FLD 圖 (d) 成形厚度變化圖 圖 后處理分析 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要闡述了有限元基本理論，論述了以有限元分析為基礎(chǔ)的 Dynaform 軟件的特點(diǎn)，建立了基于 Dynaform 的矩形件有限元模型。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 22 頁(yè) 共 44 頁(yè) 4 矩形件拉深成形的模擬分析 矩形件是薄板金屬?zèng)_壓中較難成形的一類(lèi)零件，并且在其成形過(guò)程中的變形特點(diǎn)具有一定的典型意義，因此很有必要對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。在矩形件拉深成形過(guò)程中，板材不同部位的受力狀態(tài)、變形方式以及變形性質(zhì)存在較大差異，材料的性能參數(shù)、模具幾何參數(shù)和壓邊力等因素，都影響著矩形件的成形規(guī)律和拉深性能。本章應(yīng)用 Dynaform有限元軟件，采用動(dòng)力顯式算法模擬了矩形件拉深成形過(guò)程。 對(duì)其討論的順序是根據(jù)各因素對(duì)矩形水槽沖壓成形影響大小來(lái)安排的。先確定分塊壓邊圈的分塊方式，然后討論其它影響因素。在影響矩 形水槽沖壓成形因素中模具參數(shù)和壓邊力對(duì)其影響相對(duì)較大，故先討論相對(duì)次要因素如沖壓速度，確定較佳的沖壓速度，然后討論模具參數(shù)，選擇較佳的凹模圓角半徑和凹模轉(zhuǎn)角半徑，因?yàn)樵诜抡嬖囼?yàn)中，矩形水槽的沖壓使用了分塊壓邊圈，壓邊力對(duì)矩形水槽沖壓成形的影響最大，故最后討論。 壓邊圈方式對(duì)成形的影響 壓邊圈會(huì)對(duì)板料所受的壓邊力有影響，導(dǎo)致對(duì)成形效果造成影響。整塊壓邊圈時(shí)的最大破裂危險(xiǎn)處為厚板凸模側(cè)壁圓角 ,而分塊壓邊圈時(shí)的最大破裂危險(xiǎn)處為薄板凸模側(cè)壁圓角 ,即分塊壓邊圈能夠提高變截面板厚板的成形性能 ,但能保證薄板凸模 側(cè)壁圓角不發(fā)生破裂。所以要對(duì)壓邊圈方式進(jìn)行研究，尋找更好的壓邊圈方式，試驗(yàn)方案如下： 表 壓邊圈方式 整塊壓邊圈 不分塊如圖 (a) 分塊壓邊圈方式 1 在矩形件邊緣分塊 (b) 分塊壓邊圈方式 2 在矩形件邊緣以?xún)?nèi)分塊 (c) (a) 整塊壓邊圈 (b) 分塊壓邊圈方式 1 嚴(yán)重起皺 嚴(yán)重起皺 破裂傾向 破裂 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 23 頁(yè) 共 44 頁(yè) (c) 分塊壓邊圈方式 2 圖 不同分塊方式成形極限圖 結(jié)果分析如下： 經(jīng)過(guò)一系列嘗試仿真試驗(yàn)得出，當(dāng)使用整塊壓邊圈時(shí)候，起皺現(xiàn)象嚴(yán) 重，當(dāng)中間沖壓部分為充分拉深；當(dāng)使用分塊壓邊圈方式 1 時(shí)，起皺基本沒(méi)有改善，但是中間沖壓部分依舊未能充分拉深，而且邊緣地區(qū)開(kāi)始破裂；當(dāng)使用分塊壓邊圈方式 2 時(shí)，起皺明顯減少，中間能得到充分拉深，達(dá)到預(yù)期的效果。所以以后仿真試驗(yàn)均使用分塊壓邊圈方式 2。 凸模沖壓速度對(duì)成形的影響 拉深速度會(huì)對(duì)板料的壓邊力有影響，拉深速度大可以減小起皺現(xiàn)象。所以要對(duì)拉深速度進(jìn)行研究，試驗(yàn)方案如下： （ 1）凸、凹模的間隙為 1t，凹模圓角半徑為 12mm，轉(zhuǎn)角半徑為 15mm； （ 2）材料 DQSK，板厚為 ； （ 3）拉深深 度為 50mm，壓邊力 Y1=30KN、 Y2=1200KN。 根據(jù)上述的參數(shù)設(shè)定在 Dynaform 中進(jìn)行分析，分別采用不同的沖壓速度進(jìn)行模擬，模擬試驗(yàn)結(jié)果如表 ，試驗(yàn)結(jié)果變化如圖 ： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 24 頁(yè) 共 44 頁(yè) 表 不同拉深速度下的拉深模擬數(shù)據(jù) 拉深速度 mm/s 1000 20xx 3000 4000 5000 最大變薄率 % 最大變厚率 % 最大正應(yīng)變 最大負(fù)應(yīng)變 最大正應(yīng)力 Pa 最大負(fù)應(yīng)力 Pa 成形效果 較好 好 較好 破裂傾向 破裂傾向 圖 不同沖壓速度下的厚薄變化 圖 不同沖壓速度下的應(yīng)變變化 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 25 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 不同沖壓速度 下 的