基于dynaform盒形拉深件的数值模拟

基于 dynaform 盒形拉深件的数值模拟

黄昊

材料科学与工程学院 河南工学院 河南省新乡市 453799

摘要:根据冲压课程教学中的拉深网格实验，采用板料成形数值模拟软件Dynaform对圆筒形零件拉深工艺过程进行了模拟，并将模拟结果与理论压边力和物理实验结果进行了比较。验证了数值模拟结果与拉深网格物理实验的一致性，同时也验证了Dynaform板料成形模拟计算结果具有很高的可靠性，在实践中是可以应用的。

关键词:拉深 盒型件 压边力 数值模拟

引言

在板料拉深成形过程中，影响板料成形质量的因素有很多，诸如压边力大小、凹凸模圆角半径、拉深材料性能、拉深模具参数、摩擦润滑条件以及坯料形状和大小等等都是重要的影响因素。其中，压边力(BHF)的大小对板料拉深成形质量影响尤为明显田，且它也是最易于控制和调节的参数。板材拉深的主要缺陷是起皱和破裂。为了防止零件发生起皱，一般都采用压边圈和足够大的压边力,大的压边力尽管可以防止或消除起皱，但可能引起拉裂。由于计算机仿真技术在薄板冲压成形中的应用，这一工程中的难题得到了有效的解决。

第1章 有限元模型建立

1.1 编辑零件名

选择菜单“零件层”|“编辑”命令，分别修改毛坯零件文件名为“BLANK”，压边圈为“BINDER”，凹模零件为“DIE”。

1.2 零件单元网格划分

选择“前处理”|“单元”命令，在弹出的“单元”对话框中单击“曲面网格划分”按钮，设置网格最大尺寸为4mm，其他参数采用默认设置，分别对DIE、BINDER、BLANK进行网格划分。

1.3 零件网格检查

(1)选择“前处理”|“模型检查/修补”命令，在弹出的“模型检查/修补”对话框中单击“自动翻转单元法向” 按钮，使法线方向指向Z轴正方向。

(2)单击“显示边界”按钮，进行边界检查，观察单元网格是否有缺陷。

第2章传统设置

2.1设置当前零件

(1) 选择菜单“零件层”|“创建”命令，在弹出的“创建零件层”对话框中新建一个名为“PUNCH”的零件层，此时系统自动将新建的零件“PUNCH”设置为当前零件。

(2) 选择菜单“前处理”|“单元”命令，在弹出的“单元”对话框中单击“偏置”按钮，设置“拷贝数量”数值为1，设置“厚度”数值为1.1，单击“选择单元”按钮，在弹出的“选择单元”对话框中单击“所有显示的”按钮，单击“伸展”按钮，并调整滑块数值为1，勾选“排除”复选框，单击零件“DIE”的凸缘面，此时除凸缘面外其他部分呈高亮显示，单击“确定”，单击“应用”按钮，即完成新零件“PUNCH”的创立。

(3) 选择菜单“工具”|“定义工具”命令，弹出的“定义工具”对话框，在“工具名称”下拉菜单中选择“DIE”，单击“添加”按钮，选择零件“DIE”后，单击“确定”，如图6所示。按照相同的方法分别定义“工具名称”下拉列表中的零件“PUNCH”和“BINDER”。单击“确定”按钮完成定义工具。

(4) 选择菜单“工具”|“定义毛坯”命令，弹出的“定义毛坯”对话框，单击“添加”按钮，选择零件“BLANK”后，单击“确定”。单击“材料”选项的“NONE”按钮，在弹出的“材料”对话框中单击“材料库”按钮。

(5) 在“材料库”对话框中选择“United Sstates”标准中的DQSK(36)。

(6) 接着在“定义毛坯”对话框中单击“属性”选项的“NONE”按钮，在弹出的“Property”对话框中单击“新建”按钮，进入“BELYTSCHKO-TSAY”参数设定对话框，均采用系统缺省值，依次单击“确定”按钮，退出对话框。

(7) 选择菜单“工具”|“定位工具”|“自动定位”命令，弹出 “自动定位工具”对话框，在“主工具”栏中选定“BLANK”，在“从工具”栏中同时选定“BLANK”、“DIE”、“BINDER”(需配合Ctrl键选择)，“接触间隙”设置为0.6。单击“应用”按钮并退出对话框。单击工具栏“左视图”按钮，得到各个工具的位置。

(8) 单击工具栏“左视图”按钮，得到各个工具的位置。

(9) 选择菜单“工具”|“定义工具”命令，弹出 “自动定位工具”对话框，在“工具名称”下拉

菜单中选择“DIE”，单击“定义接触”按钮，各项均采用缺省值，单击“确定”

按钮返回“定义工具”对话框。单击“定义加载曲线”按钮，在弹出的“工具加载曲线”对话框中勾选“运动”复选框，单击“自动”按钮，弹出 “运动曲线”对话框，设定“速度”为5000，“冲压距离”为16mm，如错误～未找到引用源。单击“确定”

按钮退出对话框。

(10) 在“工具名称”下拉菜单中选择“BINDER”，单击“定义接触”按钮，各项均采用缺省值，单击“确定”按钮返回“定义工具”对话框。单击“定义加载曲线”

按钮，在弹出的“工具加载曲线”对话框中勾选“作用力”复选框，单击“自动”按钮，弹出 “运动曲线”对话框，设定“作用力”为20000。

2.2 动画模拟

选择菜单“工具”|“动画”命令，弹出 “动画”对话框，调整“帧数/秒”数值为10，单击“演示”按钮。

2.3 提交任务

单击“提交任务”按钮，选择分析类型为“Full Run Dyna”，其他采用默认设置，单击“确定”按钮进行计算。

第3章后置处理

3.1后处理程序

(1) 完成分析过程后，单击菜单栏中的“后处理”命令，进入后处理程序。

(2) 打开“d3plot”文件，单击“Forming Limit Diagram”按钮，单击“PLAY” 按钮，观察其“BLANK”成形极限，如错误～未找到引用源。

(3) 单击“Thickness” 按钮，在单击“PLAY” 按钮，观察其“BLANK”厚度变化情况，如错误～未找到引用源。

3.2 工艺参数的选择

根据实际情况选择摩擦系数为0.125，压边圈的速度为5000mm/s。在拉延成形中，零件的质量问题主要是起皱现象，裂纹或破裂，外观不良，有拉毛现象，以及工件外形不平整等问题。而这些缺陷，又主要与压边力、凸模速度、凹凸模间隙以及凹凸模圆角半径等有关系。通过改变这些参数，进行不同组合，从而优化综合性能。

实验结果及处理

3.3 模拟结果的计算及分析

采用成形极限图(FLD)对成形件的质量进行分析。冲压成形极限是指板料在冲压加工中所能达到的最大变形程度。成形极限包含两方面的因素:变形区的变形极限和传力区的承载能力。成形极限所研究的范围主要是以伸长为主的变形。对板料冲压来说，厚度方向的应力很小，可以忽略不计，一般都认为是平面应力状态。以最大主应变作纵坐标，以最小主应变作横坐标，即可绘出成形极限图。如应变在界限曲线以上，零件将发生破裂;应变在界限曲线以下，零件将成形成功。

第4章 各因素最佳水平选择

4.1 压边力的选择

从成形极限图可以看出，方案1压边力太小有起皱倾向由此可知，压边力太大会导致零件开裂，太小又会使零件起皱。因此，选择合适的压边力对防止零件起皱和开裂具有重要的作用，压边力定为80kN。

4.2 圆角的选择

在错误～未找到引用源。效果很明显，方案拉裂倾向较大，方案起皱比较明显。显然，圆角过小，容易拉裂。在压边力同为180000N时，取圆角为5比较合理。

结论

采用成形极限图(FLD)对成形件的质量进行分析。冲压成形极限是指板料在冲压加工中所能达到的最大变形程度。成形极限包含两方面的因素:变形区的变形极限和传力区的承载能力。成形极限所研究的范围主要是以伸长为主的变形。对板料冲压来说，厚度方向的应力很小，可以忽略不计，一般都认为是平面应力状态。以最大主应变作纵坐标，以最小主应变作横坐标，即可绘出成形极限图。如应变在界限曲线以上，零件将发生破裂;应变在界限曲线以下，零件将成形成功。

参考文献

1. 李少平，郑静风，何丹农.板料成形参数对拉深成形性能影响的正交分析.锻压技术,2002, (3):27-28.

2. 姜海峰,赵 军,李硕本 ，刘玉峰.马丽霞.变压边力拉深的原理及实验系统塑性工程学报,1999 ,6(1):30-33.

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