dynaform筒形件實驗報告

CAE 實驗報告 作作 者者 學學 號 號 學學院院 系系 機械工程 專專 業(yè)業(yè) 機械制造及自動化 題題 目目 基于 dynaform 的筒形件沖壓成型仿真 2013 年 4 月 1 CAE 在研究領域的應用在研究領域的應用 CAE 軟件從 60 年代初在工程上開始使用到今天 已經歷了 40 多年的發(fā)展 歷史 其理論和算法都經歷了從蓬勃發(fā)展到日趨成熟的過程 現已成為在航空 航天 機械和土木結構等眾多領域中的產品結構設計時必不可少的數值計算工 具 隨著計算機技術的不斷發(fā)展 CAE 系統的功能和計算精度也隨之有了很大 提高 計算時可采用 CAD 技術來建立幾何模型 通過前處理完成分析數據的 輸入 求解得到的計算結果可以通過 CAD 技術生成形象的圖形輸出 如生成 位移 應力 應變分布的等值線圖 彩色云圖 以及隨機械載荷變化的動態(tài)顯 示圖等 這些結果可有效用于產品質量分析 為工程應用提供實用的依據 DYNAFORM 軟件是由美國 ETA 公司和 LSTC 公司聯合開發(fā)的用于板料成 形模擬的專用軟件包 可方便地求解板料成形工藝及模具設計涉及的復雜問題 是目前該領域中應用最為廣泛的 CAE 軟件之一 它可以預測板料成形過程中的 破裂 起皺 減薄和回彈 評估板料的成形性能 為板料成形工藝及模具設計 提供幫助 可以顯著減少模具設計時間及試模周期 從而提高產品品質和市場 競爭力 目前 DYNAFORM 軟件已在世界各大汽車 航空 鋼鐵公司以及眾 多的大學和科研單位得到了廣泛的應用 自進入中國以來 DYNAFORM 軟件 已在長安汽車 南京汽車 上海寶鋼 中國一汽 上海匯眾汽車公司和洛陽一 拖等知名企業(yè)得到了成功應用 2 確定確定 CAE 分析對象分析對象 圓筒形零件的沖壓成型過程是一個較為復雜的受力變形過程 其最終的成型 結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系 本次 試驗采用 dynaform 專業(yè)板料成型分析軟件來分析給定條件下的圓筒件沖壓成型 過程的受力與變形 根據結果分析其中問題以及有待改進的地方 3 問題描述問題描述 為了分析圓筒形件的沖壓成型過程 并從分析結果中給出防止出現零件缺 陷的措施 現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程并分析受力與變形情況 最后提出改進意見 4 仿真實驗步驟仿真實驗步驟 4 1 導入模型 首先采用 solidworks 建立凸模和毛坯件的三維模型 再轉存為 igs 格式文件 之 后導入 dynaform 軟件數據庫中 圖 4 1 凸模模型導入圖 4 2 毛坯件導入 4 2 網格劃分及檢查 首先對凸模進行網格劃分 具體參數設置如下 圖 4 3 凸模網格劃分參數 劃分好之后的網格如下 圖 4 4 凸模的網格劃分 劃分網格之后要對其進行檢查與修補 圖 4 5 檢查凸模網格 4 3 毛坯料網格劃分 首先將導入的毛坯件所在層切換當前零件層 之后點擊 工具 毛坯生成 器 在這里可以設定毛坯料的網格劃分大小 如圖 2 6 之后同樣在 前處理 model check repair 里對劃分好的網格進行檢查和修補 如圖 2 7 圖 4 6 毛坯料網格劃分 圖 4 7 毛坯料網格檢查 4 4 生成凹模 首先新建凹模零件層 之后在前處理 單元中選擇復制 偏移 選擇凸模進 行偏移 具體參數如下 圖 4 8 偏移參數設置 圖 4 9 偏移后模型 4 5 設定壓邊圈 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 具體材料參數包括密度 楊氏系數 泊松比等 如圖 2 12 同時定 義材料厚度為 1mm 圖 4 12 定義 BLINK 層 毛坯 屬性 圖 4 13 材料參數設置 圖 4 14 定義毛坯厚度 4 7 分析設置 這里設定沖壓類型為 inverted draw 單動作拉延模 接觸間隙設為 1 圖 4 15 分析設置界面 4 8 定義工具 在工具 定義工具界面 根據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 自動定位中將坯料 BLANK 層作為主工具 其余為從 工具 接觸間隙設為 1 進行自動定位 圖 4 18 自動定位設置圖 4 19 定位后工具位置 5 成型方案及結果分析成型方案及結果分析 5 1 凸模速度加載曲線 首先對凸模 PUNCH 加載速度曲線 根據條件速度加載為 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 和上述類似的方法 對壓邊圈 BINDER 進行壓力曲線設置 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 動畫演示 在加載完成速度壓力后 可以查看演示動畫確認沖壓動作和方向 圖 3 6 演示動畫 5 4 分析結果 在以上所有條件都完成之后 即可分析計算結果 點擊 分析 LS DYNA 分析類型選為 full run dyna 具體設置如下 圖 5 7 分析設置 6 成型結果成型結果 打開生成的 d3plot 文件 結果為動畫形式 截取最后一幀的結果作為分析 對象 查看其成型極限圖 厚度分布圖以及主要應變圖如下 圖 6 1 成型極限圖 圖 6 2 厚度分布圖 圖 6 3 主要應變圖 7 實驗分析與結論實驗分析與結論 本次試驗坯料厚度 1mm 網格大小 1mm 模具劃分網格大小為 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底邊屬于 SAFE 級別的形變沒有斷裂的危險 而桶壁邊沿向上逐漸由起皺趨勢且逐漸增強 再從厚度分布可以看出沖壓后材料厚度在 0 85 1 5mm 之間分布 而底邊邊緣處 為厚度最薄處 從應變圖能看出應變較大的地方靠近筒壁上方 說明此處拉伸 形變較大 與成型極限圖相對應 整體來觀察筒形件的成型過程發(fā)現主要問題是壁口褶皺較多 對成型結果 有一定影響 分析原因有以下幾點 1 壓邊力不夠大 導致材料壁口起皺 2 毛坯及模具的網格劃分不夠細致 導致后處理分析是出現褶皺 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 在材料成型時對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 細化網格劃分 3 改為二步沖壓成型法 改進壓邊圈的速度及壓力曲線 避免硬性加壓情形 4 調整模具間隙 5 減小毛坯與壓邊圈摩擦系數 8 總結總結 本次 CAE 的數值仿真主要是運用的 DYNAFORM 板料成形專業(yè)仿真軟件對 筒形件的沖壓成型進行仿真分析 在實驗過程中學到了很多東西 首先由于第 一次接觸 DYNAFORM 軟件 所以實驗過程的第一個收獲就是學習并掌握了一 項新的軟件 同時在筒形件的仿真設計過程中也對板