圓餅沖壓成型過(guò)程的有限元分析

1、圓餅沖壓成型過(guò)程的有限元分析 1、 問(wèn)題描述如圖1.1所示，將一個(gè)直徑17.2mm、厚度1.2mm的原材料，沖壓成型一個(gè)外徑11.5mm、內(nèi)徑9.3mm、高度約為5.8mm的碗形成品。圖1.2是為該產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自動(dòng)加工設(shè)備效果圖。圖1.1 產(chǎn)品示意圖圖1.2 圓餅自動(dòng)機(jī)效果圖圖1.3為該產(chǎn)品的沖壓成型模具示意圖，上模采用圓柱形沖頭，下模采用漏?！，F(xiàn)要分析上模從與原材料剛接觸開始，到出成品的過(guò)程中，原材料的變形情況和等效應(yīng)力。圖1.3 成型模具示意圖在沖壓工作過(guò)程中，由于上模和下模的變形量很小，可以視作剛體處理。但毛坯變形很大，屬于狀態(tài)非線性大變形接觸問(wèn)題，采用LS - DYNA程序進(jìn)行求解。在沖

2、壓過(guò)程中，上、上模具與原材料的摩擦系數(shù)為0.2。上模、下模和毛坯的材料參數(shù)如下：上模材料參數(shù)：彈性模量E1=220GPa；泊松比1=0.3；密度1=7800kg/m3。下模材料參數(shù)：彈性模量E2=220GPa；泊松比2=0.3；密度2=7800kg/m3。毛坯材料參數(shù)：彈性模量E3=69GPa；泊松比3=0.33；密度3=2700kg/m3；剪切模量ET=50MPa；屈服強(qiáng)度=300MPa。2、 分析步驟2.1 模型導(dǎo)入在Solid Works中建好經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的模型，輸入到ANSYS中，如圖2.1所示。圖2.1 導(dǎo)入到ANSYS中的模型2.2 定義單元類型及材料屬性單元類型選LS - DYNA

3、Explicit中的3D Solid 164單元，如圖2.2所示。依次定義毛坯、上模和下模的材料性能參數(shù)，如圖2.3，圖2.4和圖2.5所示。圖2.2 設(shè)置單元類型圖2.3 毛坯材料參數(shù)設(shè)置圖2.4 上模材料參數(shù)設(shè)置圖2.5 下模材料參數(shù)設(shè)置2.3 模型的分割由于模型具有對(duì)稱性，可以只取模型的四分之一來(lái)進(jìn)行分析。分割好的模型如圖2.6所示。圖2.6 分割好的模型2.4 有限元網(wǎng)格的劃分用不同的材料對(duì)上模、上模和毛坯分別劃分網(wǎng)格，劃分好的網(wǎng)格如圖2.7所示。圖2.7 有限元網(wǎng)格顯示2.5 定義接觸對(duì)現(xiàn)開始定義接觸對(duì)，由于上模和下模可視為剛體，因此把上模和下模當(dāng)做“目標(biāo)”面，毛坯當(dāng)做“接觸”面。設(shè)

4、置接觸類型和摩擦系數(shù)，如圖2.8所示。圖2.8 設(shè)置接觸對(duì)話框2.6 施加約束及求解1、施加約束由于只取模型的四分之一進(jìn)行分析，所以需要通過(guò)施加約束來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱。在毛坯沿X方向切開的那個(gè)面施加在Z軸方向上的位移約束，在毛坯沿Z方向切開的那個(gè)面施加在X軸方向上的位移約束。如圖2.9所示。圖2.9 添加約束2、 施加動(dòng)載荷因?yàn)樯夏Ｏ蛳乱苿?dòng)，是隨時(shí)間變化的，因此在施加動(dòng)載荷之前要定義數(shù)組，如圖2.10（a）和圖2.10（b）所示。（a）（b）圖2.10 定義數(shù)組施加載荷，如圖2.11所示。圖2.11 施加載荷選擇Main Menu>Solution>Solve命令進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，

5、會(huì)彈出Solution is done提示框。關(guān)閉對(duì)話框，求解結(jié)束。2.7 查看求解結(jié)果在上模從與原材料剛接觸開始下降8mm時(shí)，毛坯的位移等值線圖如圖2.12所示。該狀態(tài)下的等效應(yīng)力等值線圖如圖2.13所示。圖2.12 位移等值線圖圖2.13 等效應(yīng)力等值線圖毛坯在沖壓成型的過(guò)程中，發(fā)生的變形過(guò)程，如圖2.14（a）至（j）所示。（a） （b）（c） （d）（e） （f）（g） （h） （i） （j）圖2.14 毛坯成型過(guò)程變形圖3、 分析及評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果從圖2.12可以，在這樣的沖壓結(jié)構(gòu)中，沖出來(lái)的成品底面不是一個(gè)平面，這和實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題一致。由此可以看出ANSYS分析的結(jié)果與實(shí)際情況比

6、較吻合。4、 結(jié)束語(yǔ)由于學(xué)習(xí)ANSYS時(shí)間較短，加之英文操作界面，使得我在ANSYS運(yùn)用中遇到不少的困難。這次作業(yè)，失敗了好多次，但我熟悉了ANSYS操作步驟，從定義單元類型到建模到結(jié)果分析，有了明確的思路和整體的認(rèn)識(shí)。了解了一般問(wèn)題進(jìn)行ANSYS求解的步驟方法。在以后的學(xué)習(xí)中，我將要多多接觸ANSYS，因?yàn)槲蚁嘈臕NSYS在我以后的工作中是一個(gè)不可缺少的分析軟件。在這里，感謝李老師給我們講這門課程。如果加強(qiáng)學(xué)習(xí)，以后定能將ANSYS應(yīng)用到工作中。參考文獻(xiàn)： 1 曾攀有限元分析及應(yīng)用北京：清華大學(xué)出版社，2004 2 張朝輝. ANSYS16.1 結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實(shí)例解析. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.6 3 鄭展. 沖壓工藝和模具設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.2 4 安愛(ài)明，陳玉全等. LS -