矩形水槽冲压成形有限元分析与研究_毕业设计说明书(编辑修改稿)

矩形水槽冲压成形有限元分析与研究_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 44 页 图 在 Dynaform 中对矩形水槽冲 压成形仿真流程图 矩形件成形仿真 本课题研究矩形件的冲压成形性能和规律，矩形件是最常见的几何形状相对比较规则、应用比较广泛的一类冲压件，在非轴对称件中具有一定的代表性。 矩形件也是薄板金属冲压件中较难成形的一类零件，矩形件由于含有直边区和圆角区的缘故，变形区内各处毛坯变形大小的分布是不均匀。 因此，研究矩形水槽的冲压成形性能对以后复杂矩形件的研究有着一定的指导意义。 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 44 页 考虑到冲压件受工件几何参数、模具几何参数、材料性能、材料厚度、冲压力、拉深极限、变压边力等因素的影响，因此要获得良好的试验效果，首先应 建立合理工艺模型，步骤如下： 模具几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，在草绘状态下绘制凸模（如图 ）、凹模（如图 ）、板料的尺寸（如图 ）。 对于凸模和凹模草绘后进行拉深，拉深深度为凸模 80mm，凹模 100mm；对板料草绘后填充。 由于矩形件的拉深成形特点，需要绘制分块压边圈，将凹模分开（如图 和图 ）。 图 凸模尺寸 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 44 页 图 凹模尺寸 图 板材尺寸 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 44 页 图 分块压边圈 Y1 图 压边圈 Y2 文件保存 对生成的实体模型保存副本，文件类型选择 *igs，在输出 IGES 窗口，选取曲面，坐标缺省。 这样就能把相应的模型转换为 *igs 文件，供 Dynaform调用。 同时将相应的实体模型保存以便在后面改变模具参数重新建模所用。 模型导入和编辑 打开 Dynaform 软件，依次将凹模、凹模、板料、分块压边圈导入 (如图 ）。 然后本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 44 页 编辑零件层， A 对应凹模， T 对应凸模， B 对应板料 ,Y1 对应分块压边圈 Y1， Y2对应分块压边圈 Y2，如此方便以后工作（如图 ）。 图 导入后的 模型 图 编辑模具 修剪模型 选择 surface 对导入的模型进行处理，删除不必要的表面。 删去相应的表面后如图 所示。 凸模 板料 凹模 分块压边圈 Y2 分块压边圈 Y1 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 44 页 图 表面处理后的模型 模型网格化 分别对凹模、凸模、板料和分块压边圈进行网格化，相应的单元的参数设置如图 和图 ，设置最大尺寸为 ，最小尺寸为 ，弦高尺寸为 ，角度为176。 ,间隙公差为 m，忽略孔洞尺寸为。 对板料的网格化，设置当前零件层为板料， Tool Radius 为。 网格化后的模型如图 所示。 图 凸模、凹模、压边圈单元网格化参数 图 板料单元网格化参数 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 44 页 图 网格化后的模型 定义板料的材料与属性和模具间距 板料的材料和属性设定，在定义毛坯里添加板料，然后进入材料库窗口选择低碳钢中DQSK， Type37 所对应的材料。 如下图 和图 所示，相应的中文参数如表。 图 板料的材料属性 凸模 板料 凹模 分块压边圈 Y2 分块压边圈 Y1 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 44 页 表 材 料性能参数 厚度 t/ mm 宽度 L/ mm 屈服极限 MPa/s 强度系数 K/ MPa 厚向异性 指数 r 应变强化 指数 n 1 200 图 板料的属性 模具间隙的确定，首先在定义模具中，然后在用户自定义中新建用户定义工具名称，零件层中选择相应的模型件。 如图 所示其中 a 对应凹模， t 对应凸模， b 对应板料，y1 对应分块压边圈 Y1， y2 对应分块压边圈 Y2。 定义模具间的距离如图 所示，选取工具中的 定位工具中移动工具，选择要移动的模具如 a、 t、 y y2，在距离中输入移动距离，移动方向为 Z 方向。 使得 t、 y y2在Z方向移动 +， a 在 Z 方向移动。 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 44 页 图 定义用户工具 图 移动模具距离 定义凸模的运动和压边力 在定义工具里如图 所示，选择用户定义工具中选中 t，然后定义凸模的运动 Z方向，冲压速度，冲压行程负号表示 Z 的负方向。 定义压边力，在 y1 和 y2 下定义载荷曲线中选择作用力， Z 方向，输 入不同的压边力（如图 和图 ）。 图 凸模的运动情况 图 作用在压边圈 y1 上的压边力 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 44 页 图 作用在压边圈 y2 上的压边力 对模型进行有限元计算 定义完所有的参数后进行后处理，在分析中选择 LS_Dyna（如图 ）， 为了在后处理中能够较好的观察成形过程，一般设定 STEP=20。 求解器采用 Full Run Dyna,求解器精度采用单精度。 同时在计算机内存较大时，为了加快运算速度，可以适当提高 Dynaform运算器的内存值。 图 Analysis 的参数设置 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 44 页 后处理 在仿真结束后， 可以进入 Dynaform 的 PostProcess 的后处理环境，进行一系列后处理。 （ 1）等值线 对单元应力和相关的结果等进行显示。 在同一等值线上是以同一颜色显示的，相应的等值线值在图形窗口右边的颜色柱显示（图 ）。 （ 2）矢量图标 将结果以矢量形式显示（图 ），能够对材料的流动性进行显示。 （ 3）成形极限图 用来评价板料的可成形性（安全和失效区域）。 图中每一点的 X 坐标和 Y坐标代表 每一单元的最大和最小应变，基于零件的可成形性分析将 FLD 图（ forming limit diagram）（图）划分为 7个区域， CRACK 断裂区域、 RISK OF CRACK 断裂危险区域、 SAFE 安全区域、 WRINKLE TENDENCY 起皱趋势、 WARINKLE 起皱、 SEVERE WAINKLE 严重起皱、 INSUFFICIENT STRETCH 不充分拉深，每个区域用不同的颜色表示。 （ 4）厚度 用来模拟坯料在成形中的厚度等值线变化，以评估冲压质量。 数值的读取，根据所要的点颜色 到图形右边的颜色柱找到 对应颜色，所显示的数值即为所求的。 其中单位为 mm（图 ）。 (a) 成形等值线图 (b) 成形矢量图 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 44 页 (c) 成形 FLD 图 (d) 成形厚度变化图 图 后处理分析 本章小结 本章简要阐述了有限元基本理论，论述了以有限元分析为基础的 Dynaform 软件的特点，建立了基于 Dynaform 的矩形件有限元模型。 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 44 页 4 矩形件拉深成形的模拟分析 矩形件是薄板金属冲压中较难成形的一类零件，并且在其成形过程中的变形特点具有一定的典型意义，因此很有必要对其进行数值模拟。 在矩形件拉深成形过程中，板材不同部位的受力状态、变形方式以及变形性质存在较大差异，材料的性能参数、模具几何参数和压边力等因素，都影响着矩形件的成形规律和拉深性能。 本章应用 Dynaform有限元软件，采用动力显式算法模拟了矩形件拉深成形过程。 对其讨论的顺序是根据各因素对矩形水槽冲压成形影响大小来安排的。 先确定分块压边圈的分块方式，然后讨论其它影响因素。 在影响矩 形水槽冲压成形因素中模具参数和压边力对其影响相对较大，故先讨论相对次要因素如冲压速度，确定较佳的冲压速度，然后讨论模具参数，选择较佳的凹模圆角半径和凹模转角半径，因为在仿真试验中，矩形水槽的冲压使用了分块压边圈，压边力对矩形水槽冲压成形的影响最大，故最后讨论。 压边圈方式对成形的影响 压边圈会对板料所受的压边力有影响，导致对成形效果造成影响。 整块压边圈时的最大破裂危险处为厚板凸模侧壁圆角 ,而分块压边圈时的最大破裂危险处为薄板凸模侧壁圆角 ,即分块压边圈能够提高变截面板厚板的成形性能 ,但能保证薄板凸模 侧壁圆角不发生破裂。 所以要对压边圈方式进行研究，寻找更好的压边圈方式，试验方案如下： 表 压边圈方式 整块压边圈 不分块如图 (a) 分块压边圈方式 1 在矩形件边缘分块 (b) 分块压边圈方式 2 在矩形件边缘以内分块 (c) (a) 整块压边圈 (b) 分块压边圈方式 1 严重起皱 严重起皱 破裂倾向 破裂 本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 44 页 (c) 分块压边圈方式 2 图 不同分块方式成形极限图 结果分析如下： 经过一系列尝试仿真试验得出，当使用整块压边圈时候，起皱现象严 重，当中间冲压部分为充分拉深；当使用分块压边圈方式 1 时，起皱基本没有改善，但是中间冲压部分依旧未能充分拉深，而且边缘地区开始破裂；当使用分块压边圈方式 2 时，起皱明显减少，中间能得到充分拉深，达到预期的效果。 所以以后仿真试验均使用分块压边圈方式 2。 凸模冲压速度对成形的影响 拉深速度会对板料的压边力有影响，拉深速度大可以减小起皱现象。 所以要对拉深速度进行研究，试验方案如下： （ 1）凸、凹模的间隙为 1t，凹模圆角半径为 12mm，转角半径为 15mm； （ 2）材料 DQSK，板厚为 ； （ 3）拉深深 度为 50mm，压边力 Y1=30KN、 Y2=1200KN。 根据上述的参数设定在 Dynaform 中进行分析，分别采用不同的冲压速度进行模拟，模拟试验结果如表 ，试验结果变化如图 ： 本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 44 页 表 不同拉深速度下的拉深模拟数据 拉深速度 mm/s 1000 20xx 3000 4000 5000 最大变薄率 % 最大变厚率 % 最大正应变 最大负应变 最大正应力 Pa 最大负应力 Pa 成形效果 较好 好 较好 破裂倾向 破裂倾向 图 不同冲压速度下的厚薄变化 图 不同冲压速度下的应变变化 本科毕业设计说明书（论文） 第 25 页 共 44 页 图 不同冲压速度 下 的。