基于CreoSimulate進(jìn)行彎曲成形工藝模擬

1、基于CreoSimulate進(jìn)行彎曲成形工藝模擬作者：暫無(wú)來(lái)源：智能制造2017年第12期CreoSimulate是美國(guó)PTC公司的CAE工程模擬軟件，利用其結(jié)構(gòu)、傳熱和疲勞模塊不僅可以完成常規(guī)的有限元分析功能，而且利用其強(qiáng)大的非線性分析功能可以進(jìn)行沖壓成形工藝模擬。本文結(jié)合壓彎、折彎工藝的具體特點(diǎn)，在CreoSimulate中詳細(xì)設(shè)置了模擬操作，順?lè)N完成模擬運(yùn)行，得到了彎曲工藝模擬的預(yù)期結(jié)果，同時(shí)分析了專業(yè)工藝模擬軟件和CreoSimulate等通用分析模擬軟件對(duì)彎曲成形等工藝模擬的使用要求。一、概述材料成形數(shù)值模擬是計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）技術(shù)在材料成形領(lǐng)域的具體應(yīng)用，其目的是借助仿真

2、手段認(rèn)識(shí)與掌握材料特性、成形方案、工藝參數(shù)、產(chǎn)品形狀、模面結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、工裝夾具以及載荷輸入等內(nèi)在、外在因素對(duì)材料成形質(zhì)量和工模具壽命的影響；同時(shí)，為縮短成形制品與成形模具的開發(fā)周期、減少物理試模次數(shù)、優(yōu)化成形工藝、選用成形設(shè)備、控制產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本提供定量或定性理論、數(shù)據(jù)支持。材料成形方式包括液態(tài)成形、固態(tài)（塑性）成形與粘流態(tài)成形以及連接成形等方式，本文就塑性成形中的彎曲工藝在CreoSimulate環(huán)境中的模擬過(guò)程進(jìn)行必要的技術(shù)探討。彎曲（如圖l所示）是將板料、棒料、管料和型材等彎曲成一定形狀及角度的零件成形方法，其加工零件種類很多，如V形件、u形件以及其它形狀。生產(chǎn)中因彎曲成形所

3、用的模具和設(shè)備不同，形成各種不同的彎曲方法，如在壓力機(jī)上用模具進(jìn)行的壓彎，在專用彎曲機(jī)上進(jìn)行的折彎和滾彎，以及在拉彎設(shè)備上進(jìn)行的拉彎等。朗I彎曲是沖壓成形的典型工藝之一，沖壓成形數(shù)值模擬是從板料變形的實(shí)際物理狀態(tài)及其規(guī)律出發(fā)，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)真實(shí)反映模具與板料間的相互作用和實(shí)際變形的全過(guò)程，可以觀察實(shí)際變形中發(fā)生的任一特定現(xiàn)象，計(jì)算與板料實(shí)際變形過(guò)程相關(guān)的任一特定物理或幾何量，如預(yù)測(cè)起皺、破裂，計(jì)算毛坯尺寸、壓邊力和工件回彈，優(yōu)化界面潤(rùn)滑、估計(jì)模具磨損等。彎曲工藝模擬不僅可以在專業(yè)的成形模擬軟件中進(jìn)行，如DynaForm,AutoForm,PAM-STAMP,FastForm,FASTAMP（華

4、中科技大學(xué)開發(fā)），KMAS（吉林大學(xué)開發(fā)）等，也可以在通用CAE模擬軟件中進(jìn)行，如Abaqus,ANSYS,LS-Dyna,Patran,CreoSimulate等。下面詳細(xì)介紹在CreoSimulate中模擬壓彎和折彎工藝的設(shè)置方法，其它彎曲方式可以參考進(jìn)行。、CreoSimulate壓彎模擬1.前處理(1) 壓彎模擬模型(如圖2所示)：薄板、凸模和凹模。向2(2) 模型理想化(如圖3所示)：采用2D平面應(yīng)變模型。SiHkYgdi口召thIiItltr伽o»»4MSriKr!>JI戶譏宅申di孔wvwrWlferW*E(3) 約束與載荷(如圖4所示)：對(duì)于凹模，設(shè)置

5、水平和豎直方向固定約束，對(duì)于凸模，設(shè)置水平方向固定約束，對(duì)于薄板，在底邊中點(diǎn)設(shè)置水平方向固定約束。載荷設(shè)置時(shí)沒(méi)有添加力載荷，而是設(shè)置了凸模豎直方向的強(qiáng)制位移。(4) 材料分配(如圖5所示)：由于壓彎模擬中關(guān)注的是薄板的變形，假定模具的變形忽略不計(jì)。設(shè)定模具材料為高硬度高強(qiáng)度鋼，設(shè)定薄板為彈塑性材料，定義其塑性屬性。IPiEwntriMHi1OJIC-hk»n»(5) 網(wǎng)格化(如圖6、圖7所示)：網(wǎng)格控制考慮在凸模、凹模及薄板接觸邊界上設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)量；劃分單元網(wǎng)格類型有三角形和四邊形兩種。(6) 接觸定義(如圖8所示)：在凸模邊界與薄板的左上邊界、在凸模邊界與薄板的右上邊界、在

6、凹模邊界與薄板的左下邊界、在凹模邊界與薄板的右下邊界之間分別定義接觸接口。HamMprVCIEWT-F«>-CjiFHrT旳EHiI心VOILMr.rhRffWCiROlrilimuMvjvfMiRm町1AB36血Carat2分析步(1) 定義分析時(shí)(如圖9所示)，只能選擇約束集，載荷沒(méi)有定義不能選取，使用強(qiáng)制位移作用。使用非線性選項(xiàng)，包含接觸和塑性材料，選擇過(guò)盈配合選項(xiàng)。C-unarMnniC-OHMFHiIIL-|«FlfI.'in'OOIH-11TlinWIIMfrpiMHIrim/ULIIrnJtkKHJE'I|護(hù):!ilyi'

7、m*匚7/E|rdwnpC-anvarq-rMH.-suEpEiidt-iKii-iiiiMviruHIzjikQir-risjXhie燈-luyFlatflowingGficrjiilfj"Wf*ri.FitliHIimIruLAi|j«rm9iIMJ«Kin<iijn-'iiFtarjlnfiEira|ii-ain-IiBiairi|j(2) 輸出選項(xiàng)設(shè)置用戶定義輸出步數(shù)(如圖10所示)。UuirYRr*EiiL'UulpulEHcludnidcincrae-mcu'BH-S3SilrfUBfpHE.Ij口n.lidI.1Lcal

8、Mrr*utriEHCJuEpuL皿戶L肆r出OuWW&MpfarMnilnr羽fi'l:!I.-2.M125QjOKNFiji屮IjflfjNfvlrcHIJ|由fililfClLflJhZgllrn“占hilullfMiriEiiJ|UiMepadSp«svEquallyUflJTlDJOSf8rHeld曲UnlOMif>431LU3.結(jié)果后(1) 從摘要文件查看接觸力情況和應(yīng)力位移等物理量，以及運(yùn)行時(shí)間等(如圖11所示)。(2) 從結(jié)果窗口查看彎曲變形動(dòng)畫或者關(guān)鍵幀過(guò)程(如圖12所示)。(3) 從結(jié)果窗口查看某一步的應(yīng)力分布情況(如圖13所示)。獸蔦:/務(wù)

9、駕-=:豈診-C-J口：OHIO:”髭貂誌£:口丁直1!小<|F-n-llg口n.'r-9aHHC.17JM-11M-nn-Daa爼”*HDn-3aHaa«n-1tH-DL3c-1-»Q-?-on-=»-口Jf-rtae9urt-?丄<_*?丄3-TTfl3:p£014(4) 從結(jié)果窗口查看接觸壓力分布和某一接觸的壓力曲線(如圖14所示)。(5) 從結(jié)果窗口查看工藝過(guò)程的位移矢量圖(如圖15所示)。 ITs"l flj«l3TdHC»*«*>Urijranraa、薄板。016三、

10、CreoSimulate折彎模擬1.前處理（1）折彎模擬模型（如圖16所示）包括：折彎?rùn)C(jī)（包括底座、滑塊壓板）薄板設(shè)置為彈塑（2）材料設(shè)置（如圖17所示）：折彎?rùn)C(jī)使用線性材料，高硬度、高強(qiáng)度。性材料，定義線性硬化屬性。*mw-cLSEJ17根據(jù)需要定義網(wǎng)（3）網(wǎng)格控制與離散化（如圖18、圖19所示）：理想化類型為3D實(shí)體,格單元尺寸限制，設(shè)置薄板零件棱柱單元控制。®19(4) 剛性連接和彈簧定義(如圖20一圖22所示)：折彎?rùn)C(jī)工作時(shí)滑塊壓板繞著底座軌道轉(zhuǎn)動(dòng)，壓迫薄板彎曲。為了定義底座固定約束和滑塊壓板的轉(zhuǎn)動(dòng)約束，需要定義兩個(gè)剛性連接：底座中心基準(zhǔn)點(diǎn)PNT4和旋轉(zhuǎn)孔圓柱面；底座一個(gè)端面

11、中心基準(zhǔn)點(diǎn)PNT1和滑塊壓板外側(cè)平面之間?；鶞?zhǔn)點(diǎn)PNT1和基準(zhǔn)點(diǎn)PNT4之間定義一個(gè)延伸剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都非常大的彈簧，以模擬底座支撐軸效果。片DMHIr"W»C»WWh4+CMHVr*dOT!Ccmau'Ahimvir(!yR,匚尸算*WI"HmTji-Ek£w*6mbMCRlpci*S4;NpiNCi_MM7iil%.>idiceJENCTMGUATnlMENIIW-2、7J2iiE*a”Hjn|s|a1Bp*創(chuàng)C_：；、Fvim1-1口un-<*AnM-mn-nnDncj.HACMNi.FErPtbe-£pL一

12、、LEF：Rum-11Ln：Ti*V：EfKFiMT,JQ4_w«Li_viA<j-aF4J>iu圖巧圖21（5）約束與載荷，約束主要是薄板和折彎?rùn)C(jī)底座不能移動(dòng)，包括：薄板端面法向固定平移約束（如圖23所示）；底座端面和薄板側(cè)面法向固定平移約束（如圖24所示）；底座內(nèi)孔中心基準(zhǔn)點(diǎn)PNT4的平移、旋轉(zhuǎn)全部約束，再通過(guò)剛性約束傳遞到折彎?rùn)C(jī)底座內(nèi)側(cè)孔柱面（如圖25所示）；載荷沒(méi)有直接施加力的形式，采取強(qiáng)制角度位移方式，在折彎?rùn)C(jī)底座端面中心點(diǎn)PNT1處施加角度強(qiáng)制位移，平移全部約束。通過(guò)剛性連接驅(qū)動(dòng)滑塊壓板旋轉(zhuǎn)，壓迫薄板折彎（圖26）。（6）接觸定義（如圖27所示）：定義四個(gè)接觸

13、模擬薄板和底座接觸面、滑塊壓板接觸面的狀態(tài)。薄板下表面與折彎?rùn)C(jī)底座外圓柱面；薄板上表面分別與滑塊壓板的一個(gè)接觸面和兩個(gè)圓弧面。S2'2分析步（1）使用非線性選項(xiàng)（如圖28所示），包括幾何非線性（計(jì)算大變形選項(xiàng)）、材料非線性（塑性選項(xiàng)，薄板材料使用線性硬化材料模型），狀態(tài)非線性（接觸）。該分析綜合了上述三種典型的非線性方式，是一個(gè)非常典型的非線性實(shí)例，同時(shí)采取強(qiáng)制角度位移，傳遞折彎動(dòng)力。（2）輸出步數(shù)使用用戶定義方法，設(shè)置步數(shù)81（如圖29所示）。3結(jié)果后處理（1）從摘要文件查看應(yīng)力情況和接觸壓力、接觸面積、運(yùn)行時(shí)間等信息（如圖30所示）。（2）從結(jié)果窗口查看折彎過(guò)程動(dòng)畫或者關(guān)鍵幀折彎過(guò)

14、程（如圖31所示）。DuLpuLtfinn*nilCkkuibw*財(cái)SL-nbd刊Hcbcnt口lmjiSireu帥ai*XumiSudsUuki-ortawdOjIihjIPlo4:PkmnflGJ*n4Muni呂衣！nFShfhGiw：g*jiLfldJ丫弓:SBrwulixSL豳2MM訊創(chuàng)壇4.DISSFUIimuImLtarJclirwdlapN血!sbFullilKJKk口m<iu(Ku>V*OQWI.a?!?um;!-TTRM"罷-:益號(hào)碼雖從藍(lán)莖jr帶Btl聘tMF3H-.AfronaT<*3d>B&K4&4-VH40罄“嘉暑話盟

15、爺薛背詩(shī)鶉”-X-»-nHl-J-J-譽(yù)-1!JJEl30(3) 從結(jié)果窗口查看某一步時(shí)的應(yīng)力分布以及側(cè)邊上的應(yīng)力分布曲線(如圖32所示)。四、CreoSimulate彎曲工藝模擬應(yīng)用說(shuō)明囹32針對(duì)特殊工藝開發(fā)的專業(yè)模擬軟件內(nèi)置了特殊工藝的專業(yè)設(shè)置和流程，使用操作方便，同時(shí)在輸入、輸出方面進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的定制，而且內(nèi)部包含了眾多用戶的經(jīng)驗(yàn)積累和專業(yè)提升，是進(jìn)行具體工藝模擬的首選工具。如果客戶沒(méi)有購(gòu)買專業(yè)模擬軟件，又希望借助分析模擬手段提升優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，則可以利用已有的通用CAE軟件進(jìn)行。使用通用CAE軟件進(jìn)行彎曲工藝模擬，不僅要熟悉彎曲成形工藝的原理、操作，明確在分析模擬定義中要進(jìn)行的輸入輸出項(xiàng)；更要理解彎曲