dynaform筒形件實(shí)驗(yàn)報(bào)告

CAE 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 作作 者者 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 學(xué)學(xué)院院 系系 機(jī)械工程 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 機(jī)械制造及自動(dòng)化 題題 目目 基于 dynaform 的筒形件沖壓成型仿真 2013 年 4 月 1 CAE 在研究領(lǐng)域的應(yīng)用在研究領(lǐng)域的應(yīng)用 CAE 軟件從 60 年代初在工程上開(kāi)始使用到今天 已經(jīng)歷了 40 多年的發(fā)展 歷史 其理論和算法都經(jīng)歷了從蓬勃發(fā)展到日趨成熟的過(guò)程 現(xiàn)已成為在航空 航天 機(jī)械和土木結(jié)構(gòu)等眾多領(lǐng)域中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必不可少的數(shù)值計(jì)算工 具 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 CAE 系統(tǒng)的功能和計(jì)算精度也隨之有了很大 提高 計(jì)算時(shí)可采用 CAD 技術(shù)來(lái)建立幾何模型 通過(guò)前處理完成分析數(shù)據(jù)的 輸入 求解得到的計(jì)算結(jié)果可以通過(guò) CAD 技術(shù)生成形象的圖形輸出 如生成 位移 應(yīng)力 應(yīng)變分布的等值線圖 彩色云圖 以及隨機(jī)械載荷變化的動(dòng)態(tài)顯 示圖等 這些結(jié)果可有效用于產(chǎn)品質(zhì)量分析 為工程應(yīng)用提供實(shí)用的依據(jù) DYNAFORM 軟件是由美國(guó) ETA 公司和 LSTC 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的用于板料成 形模擬的專(zhuān)用軟件包 可方便地求解板料成形工藝及模具設(shè)計(jì)涉及的復(fù)雜問(wèn)題 是目前該領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的 CAE 軟件之一 它可以預(yù)測(cè)板料成形過(guò)程中的 破裂 起皺 減薄和回彈 評(píng)估板料的成形性能 為板料成形工藝及模具設(shè)計(jì) 提供幫助 可以顯著減少模具設(shè)計(jì)時(shí)間及試模周期 從而提高產(chǎn)品品質(zhì)和市場(chǎng) 競(jìng)爭(zhēng)力 目前 DYNAFORM 軟件已在世界各大汽車(chē) 航空 鋼鐵公司以及眾 多的大學(xué)和科研單位得到了廣泛的應(yīng)用 自進(jìn)入中國(guó)以來(lái) DYNAFORM 軟件 已在長(zhǎng)安汽車(chē) 南京汽車(chē) 上海寶鋼 中國(guó)一汽 上海匯眾汽車(chē)公司和洛陽(yáng)一 拖等知名企業(yè)得到了成功應(yīng)用 2 確定確定 CAE 分析對(duì)象分析對(duì)象 圓筒形零件的沖壓成型過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的受力變形過(guò)程 其最終的成型 結(jié)果好壞與否凸模沖壓速度 壓邊圈壓力大小及其加載曲線有很大關(guān)系 本次 試驗(yàn)采用 dynaform 專(zhuān)業(yè)板料成型分析軟件來(lái)分析給定條件下的圓筒件沖壓成型 過(guò)程的受力與變形 根據(jù)結(jié)果分析其中問(wèn)題以及有待改進(jìn)的地方 3 問(wèn)題描述問(wèn)題描述 為了分析圓筒形件的沖壓成型過(guò)程 并從分析結(jié)果中給出防止出現(xiàn)零件缺 陷的措施 現(xiàn)給定筒形件沖壓模型 材料選用鋁合金 AA6009 毛坯厚度 1 0mm 模具接觸間隙 1 0mm 凸模沖壓速度 5000mm s 壓邊圈壓力 200000N 要求使用 dynaform 軟件仿真零件成型過(guò)程并分析受力與變形情況 最后提出改進(jìn)意見(jiàn) 4 仿真實(shí)驗(yàn)步驟仿真實(shí)驗(yàn)步驟 4 1 導(dǎo)入模型 首先采用 solidworks 建立凸模和毛坯件的三維模型 再轉(zhuǎn)存為 igs 格式文件 之 后導(dǎo)入 dynaform 軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中 圖 4 1 凸模模型導(dǎo)入圖 4 2 毛坯件導(dǎo)入 4 2 網(wǎng)格劃分及檢查 首先對(duì)凸模進(jìn)行網(wǎng)格劃分 具體參數(shù)設(shè)置如下 圖 4 3 凸模網(wǎng)格劃分參數(shù) 劃分好之后的網(wǎng)格如下 圖 4 4 凸模的網(wǎng)格劃分 劃分網(wǎng)格之后要對(duì)其進(jìn)行檢查與修補(bǔ) 圖 4 5 檢查凸模網(wǎng)格 4 3 毛坯料網(wǎng)格劃分 首先將導(dǎo)入的毛坯件所在層切換當(dāng)前零件層 之后點(diǎn)擊 工具 毛坯生成 器 在這里可以設(shè)定毛坯料的網(wǎng)格劃分大小 如圖 2 6 之后同樣在 前處理 model check repair 里對(duì)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行檢查和修補(bǔ) 如圖 2 7 圖 4 6 毛坯料網(wǎng)格劃分 圖 4 7 毛坯料網(wǎng)格檢查 4 4 生成凹模 首先新建凹模零件層 之后在前處理 單元中選擇復(fù)制 偏移 選擇凸模進(jìn) 行偏移 具體參數(shù)如下 圖 4 8 偏移參數(shù)設(shè)置 圖 4 9 偏移后模型 4 5 設(shè)定壓邊圈 首先新建壓邊圈的零件層 之后從凸模邊沿選擇單元添加到壓邊圈層 具 體操作如下圖 圖 4 10 選擇壓邊圈單元并添加到 BLINDER 層 圖 4 11 建立壓邊圈 4 6 定義毛坯屬性 在工具 定義毛坯中可以定義毛坯的材料和物理屬性 這里選擇材料為熱 滾 DQSK 具體材料參數(shù)包括密度 楊氏系數(shù) 泊松比等 如圖 2 12 同時(shí)定 義材料厚度為 1mm 圖 4 12 定義 BLINK 層 毛坯 屬性 圖 4 13 材料參數(shù)設(shè)置 圖 4 14 定義毛坯厚度 4 7 分析設(shè)置 這里設(shè)定沖壓類(lèi)型為 inverted draw 單動(dòng)作拉延模 接觸間隙設(shè)為 1 圖 4 15 分析設(shè)置界面 4 8 定義工具 在工具 定義工具界面 根據(jù)各零件層作用及名字定義工具 首先凹模為 圖 4 16 定義工具 DIE DIE 層 定義工具 DIE 包含零件 DIE 同樣的方法去定義工具 PUNCH 和 BINDER 圖 4 17 定義工具 PUNCH 和 BINDER 4 9 工具定位 在工具 定位工具 自動(dòng)定位中將坯料 BLANK 層作為主工具 其余為從 工具 接觸間隙設(shè)為 1 進(jìn)行自動(dòng)定位 圖 4 18 自動(dòng)定位設(shè)置圖 4 19 定位后工具位置 5 成型方案及結(jié)果分析成型方案及結(jié)果分析 5 1 凸模速度加載曲線 首先對(duì)凸模 PUNCH 加載速度曲線 根據(jù)條件速度加載為 5000mm s 位移 48mm 圖 4 1 工具加載曲線界面圖 4 2 凸模加載速度設(shè)置 圖 3 3 加載速度曲線 5 2 壓邊圈壓力加載曲線 和上述類(lèi)似的方法 對(duì)壓邊圈 BINDER 進(jìn)行壓力曲線設(shè)置 定義作用力 為 200000N 方向 z 加載曲線如下圖 圖 5 4 作用力加載 圖 3 5 壓邊圈作用力加載曲線 5 3 動(dòng)畫(huà)演示 在加載完成速度壓力后 可以查看演示動(dòng)畫(huà)確認(rèn)沖壓動(dòng)作和方向 圖 3 6 演示動(dòng)畫(huà) 5 4 分析結(jié)果 在以上所有條件都完成之后 即可分析計(jì)算結(jié)果 點(diǎn)擊 分析 LS DYNA 分析類(lèi)型選為 full run dyna 具體設(shè)置如下 圖 5 7 分析設(shè)置 6 成型結(jié)果成型結(jié)果 打開(kāi)生成的 d3plot 文件 結(jié)果為動(dòng)畫(huà)形式 截取最后一幀的結(jié)果作為分析 對(duì)象 查看其成型極限圖 厚度分布圖以及主要應(yīng)變圖如下 圖 6 1 成型極限圖 圖 6 2 厚度分布圖 圖 6 3 主要應(yīng)變圖 7 實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)論實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)論 本次試驗(yàn)坯料厚度 1mm 網(wǎng)格大小 1mm 模具劃分網(wǎng)格大小為 5mm 沖 壓速度 5000mm s 壓邊力 200000N 從成型極限圖能看出圓筒成型時(shí)底邊屬于 SAFE 級(jí)別的形變沒(méi)有斷裂的危險(xiǎn) 而桶壁邊沿向上逐漸由起皺趨勢(shì)且逐漸增強(qiáng) 再?gòu)暮穸确植伎梢钥闯鰶_壓后材料厚度在 0 85 1 5mm 之間分布 而底邊邊緣處 為厚度最薄處 從應(yīng)變圖能看出應(yīng)變較大的地方靠近筒壁上方 說(shuō)明此處拉伸 形變較大 與成型極限圖相對(duì)應(yīng) 整體來(lái)觀察筒形件的成型過(guò)程發(fā)現(xiàn)主要問(wèn)題是壁口褶皺較多 對(duì)成型結(jié)果 有一定影響 分析原因有以下幾點(diǎn) 1 壓邊力不夠大 導(dǎo)致材料壁口起皺 2 毛坯及模具的網(wǎng)格劃分不夠細(xì)致 導(dǎo)致后處理分析是出現(xiàn)褶皺 3 沖壓方法的影響 由于采用一步成型法 壓邊圈的位置始終固定 壓力幾乎 為線性恒定施加在材料上 在材料成型時(shí)對(duì)材料有很大的摩擦和拉扯力 甚 至可能造成材料破損斷裂 所以為改善這種情況 優(yōu)化方案如下 1 增加壓邊力 2 細(xì)化網(wǎng)格劃分 3 改為二步?jīng)_壓成型法 改進(jìn)壓邊圈的速度及壓力曲線 避免硬性加壓情形 4 調(diào)整模具間隙 5 減小毛坯與壓邊圈摩擦系數(shù) 8 總結(jié)總結(jié) 本次 CAE 的數(shù)值仿真主要是運(yùn)用的 DYNAFORM 板料成形專(zhuān)業(yè)仿真軟件對(duì) 筒形件的沖壓成型進(jìn)行仿真分析 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)到了很多東西 首先由于第 一次接觸 DYNAFORM 軟件 所以實(shí)驗(yàn)過(guò)程的第一個(gè)收獲就是學(xué)習(xí)并掌握了一 項(xiàng)新的軟件 同時(shí)在筒形件的仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中也對(duì)板