寶雞文理學(xué)院機(jī)電工程系 史革盟

基于Dynaform的方形盒沖壓成形仿真

寶雞文理學(xué)院機(jī)電工程系 史革盟

盒形件是金屬薄板拉深成形中較為典型的沖壓件，拉深變形時(shí)，應(yīng)力、應(yīng)變?cè)谧冃螀^(qū)內(nèi)沿周邊的分布很不均勻，其變形規(guī)律具有一定的典型性。利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行沖壓工藝分析時(shí)，為了避免材料成形過程中出現(xiàn)斷裂、起皺、頸縮等不良影響，必須反復(fù)修改成形加工的某些參數(shù)或修改模具形狀，耗資大、產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)。

Dynaform軟件是美國(guó)ETA公司與LSTC公司合作開發(fā)的針對(duì)板料成形數(shù)值模擬的專業(yè)化軟件，該軟件能模擬拉延、多步?jīng)_壓、壓邊、彎曲、回彈、液壓成形，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)等，可以幫助模具設(shè)計(jì)人員顯著減少模具開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)間及試模周期。

一、方形盒沖壓成形工藝

方形盒可以看做由直邊及圓角部分組成，拉深變形時(shí)，圓角部分近似圓筒形件的拉深，直邊部分近似板料彎曲，但方形盒的圓角及直邊是聯(lián)系在一起的整體，因而變形時(shí)必然又相互的作用及影響。在拉深時(shí)，圓角部分的材料向直邊部分流動(dòng)，使直邊部分材料受壓，橫向間距縮小，愈靠角部縮小愈多；縱向間距增大，愈靠轉(zhuǎn)角處增加愈大。同時(shí)，圓角部分的材料也向直邊部分流動(dòng)，因而直邊部分也增加了橫向壓縮、縱向伸長(zhǎng)的變形，又由于直邊區(qū)存在金屬的流動(dòng)，使得圓角部分的變形程度大為減小。設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

二、方形盒沖壓成形仿真

1.模型導(dǎo)入。在Pro/E中建立凹模及板料模型，凹模尺寸102.2mm×102.2mm，凹模圓角尺寸10mm，保存成.igs格式，再導(dǎo)入Dynaform軟件中生成模型。

2.網(wǎng)格劃分。在Preprocess模塊中的Element/Surface Mesh對(duì)話框中對(duì)坯料和凹模分別設(shè)置Max.Size為1.750 0和5.00，并選擇Surface為Displayed Surf，其他保持默認(rèn)完成網(wǎng)格劃分。劃分好網(wǎng)格后用Preprocess/Model Check/Repair命令對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，主要檢查模面是否完整，是否有重疊、漏洞，網(wǎng)格的法線方向是否一致，并修復(fù)有缺陷的單元。

3.模型生成。利用 Dynaform中的 Quick Setup/Draw Die快速建立模型。選擇單動(dòng)（Single action），下模采用（Upper Tool Available）拉延類型；在Material/Material Library中選擇坯料為DQSK37，Thickness數(shù)值為1.00；再依次定義坯料（Blank）、壓邊圈（Binder）、凹模（Die）、拉深筋（Draw Bead），設(shè)置材料及工具運(yùn)動(dòng)的相關(guān)參數(shù)。圖2為完成快速設(shè)置后的模型，最后提交LS-DYNA進(jìn)行求解計(jì)算。

4.仿真結(jié)果。在Dynaform的Post Process中，以云圖、等值線等形式顯示數(shù)值模擬結(jié)果。在FLD成形極限圖用7種顏色來區(qū)分7個(gè)不同的安全或失效區(qū)域，其中圓角處黃色為破裂危險(xiǎn)點(diǎn)，藍(lán)色表示有起皺趨勢(shì)，粉色處為已起皺，洋紅為已嚴(yán)重起皺。

經(jīng)過修改壓邊力、凸模行程、凸模圓角半徑等工藝參數(shù)，進(jìn)行大量的反復(fù)模擬試驗(yàn)，得到當(dāng)壓邊力大小在180kN～250kN，凸模圓角半徑在12mm左右，拉深行程為25mm時(shí)對(duì)低碳鋼進(jìn)行拉深時(shí)仿真結(jié)果可靠，如圖3所示。

三、結(jié)論

1.利用Pro/E軟件進(jìn)行CAD建模，并導(dǎo)入Dynaform中生成沖壓成形過程中所需的凸凹模、板料和壓邊圈等模型，經(jīng)過相關(guān)設(shè)置完成了該方形盒的沖壓成形仿真。

2.通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，并進(jìn)行大量的模擬試驗(yàn)，確定了合理的工藝參數(shù)，得到了可靠的仿真結(jié)果，達(dá)到了優(yōu)化成形的目的，從而可以縮短生產(chǎn)研發(fā)周期，降低成本，提高零件質(zhì)量。