南航钣金模具综合实验报告Word文档格式.docx
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●了解和熟悉仿真模型的导入;
●了解和掌握模拟对象(对称面、坐标系)的构建过程;
●了解和熟悉板料的生成过程;
●掌握材料参数的设定方法;
●了解和熟悉宏模板的导入与应用;
●掌握相关冲压相关参数的设定;
●掌握计算提交方法;
●掌握计算后处理分析的方法;
●掌握基于有限元模拟对工艺方案进行评估的方法。
2.2实验流程
综合实验具体包括以下3个部分的内容:
●CAE建模
●CAE分析
●CAE思考解答
2.3CAE建模
使用的软件是DYNAFORM5.7。
2.3.1创建凹模
1点击菜单Preprocess→Line/Point,单击第一个图标(Creat)
,在出现的对话框中选中Point选项,分别创建端点为(0,0,0),(40,0,0),(40,30,0),(0,30,0)和(0,0,0)的直线,点击X-YView
及FullScreen
。
点击菜单Preprocess→Surface,单击出现的对话框中的第一个图标,选择第一个选项(Line),分别选中两条直线。
2坯料网格划分,点击菜单DFE→Preparation,选中SurfaceMesh
,修改MaxSize为5,单击SelectSurfaces,在对话框中单击DisplayedSurf,使图形变为白色,单击OK,在弹出的SurfaceMesh对话框中单击Apply,再次弹出SurfaceMesh对话框,选择Yes,单击Exit退出,网格划分完成。
3坯料网格检查,点击DFEPreparation对话框中的
,点击图标
,观察法线方向是否一致,点击图标
,在出现的对话框中选择第二个选项CursorPickPart,任意选中图中的一个单元,弹出对话框并选择No,点击Exit退出,再次回到DFEPreparation对话框,单击Tool栏下的Add,将前面创建的部件加入,单击Exit。
4点击菜单DFE→Binder,BinderType为FlatBinder,BinderSize栏内Margin:
100,Shift:
35,单击Apply,再单击图中的Mesh按钮,确定网格的最大和最小尺寸,也可按默认,单击OK→Exit,退出Binder命令。
5点击菜单DFE→Addendum,在出现的对话框的MasterProfiles栏下单击New,跳出Masteer对话框,ProfileType选择第二种,在Angle下将Wall设为5,其他参数保持为默认,单击OK,退回AddendumGeneration对话框,在Addendum栏下点击Assign按钮,出现InsertAddendum对话框,保持默认,点击Apply,点击Generate,保持默认,点击Apply,完成工艺补充面的添加,Close退出。
6点击菜单DFE→Modification,在DFEModification对话框中点击BinderTrim,弹出对话框中点击Select,选中默认的轮廓线,点击Apply→Yes,Close退出。
7将上述凹模添加到一个part中,点击Parts→Add…ToPart,确定ToPart栏内的部件名称是PART000,(点击
选择要添加到的part),点击Element(s),出现SelectElements对话框,提供了多种选择单元的办法,选中SelectBy选项,单击Name后的Unspecifiled,弹出的SelectPart对话框中选中C_BINDER2和ADDENDUM,单击OK->
APPLY,退出Add…ToPart对话框。
8单击TurnPartsOn/Off按钮
,关闭其他部件,窗口中只显示PART000,如图1.1和图1.2所示。
勾选右下角的Normal,检查凹模的法线方向是否一致,不一致时要改为一致。
本例中法线均指向凹模内面,不用调整法线方向。
9点击菜单File→Export,将凹模导出为nas格式。
图3.1凹模CAE模型
图3.2凹模的几何形状(mm)
2.3.2创建凸模
1单击Parts→Create,弹出PartsCreate对话框,Name定义为PUNCH,单击OK。
点击菜单Preprocess→Element,单击Offset按钮
,出现偏移单元对话框,勾选DeleteOriginalElements,偏移距离Thickness为零件厚度的1.1至1.2倍,因此Thickness为1.2,单击SelectElements按钮,在选择单元对话框中点击Displayed选中当前层中的所有单元,然后去掉法兰部分单元,勾选Exclude选项,并将单元选择方式改为Spread,Angle调整为1,鼠标单击法兰部分的单元,白色部分表示已经选中的单元,单击OK退回到偏移单元对话框,单击Apply完成单元的偏移,单击
删除图中的自由节点。
2单击TurnPartsOn/Off按钮
,关闭其他部件,窗口中只显示PUNCH,如图1.3所示。
3点击菜单File→Export,将凸模导出为nas格式,并命名为punch。
图3.3凸模CAE模型
2.3.3创建压边圈
1单击TurnPartsOn/Off按钮
,关闭其他部件,窗口中只显示PART000。
点击菜单File→Export,文件的保存类选为NASTRAN,文件名为binder。
图3.4压边圈CAE模型
2.4CAE分析过程
使用的软件是PAMSTAMP2G
CAE分析各设置参数如表4.1所示。
表4.1CAE初始分析中材料参数及工艺参数表
材料
厚度
强化系数k
硬化指数n
各向异性指数
压边力
(KN)
摩擦系数
AC120
1mm
0.45972
0.2585
r=1.5
2
0.1
2.4.1创建板料
1.启动PAM-STAMP2G,新建一个project,Process选择标准冲压,Solvertype选择自动冲压,由importtoolsmesh将DYNAFORM5.7.1中完成DIE,PUNCH,HOLDER等工具网格的nas文件导入。
2.在visibility窗口中选中Property10,右击选择Information,对选中的部件进行重命名,并在对应的组中选择相应的选项,如表4.2所示。
表4.2模型信息表
Property1
Property2
Property10
Name
Blankholder
Die
Punch
Group
3.Project>
Objects>
Blankholder,单击Nodes按钮,则视图窗口中出现各节点,单击Set-up>
Blank,点击新建按钮,在弹出的Newobject中保持默认设置,单击ok。
在新建的Blankeditor中选择Fourpoints,按ABCD的顺序在视图窗口中选择所需要生成的板料的四角点,板料尺寸为136╳126mm,将Automaticmeshing前的对号去掉。
Openthemeshsizewizard,输入最小板料厚度1mm和最小滑移半径8mm。
图4.1板料尺寸图
4.切换到Blankeditor的Material界面,在Materiallaw中添加材料,在Rollingdirection中选择X的正向,输入板料厚度1.0mm,确定最后所创建的板料。
2.4.2创建局部坐标
单击Set-up>
Tools,点击GlobalSystem后面的Frame,在Newobject中重命名为forming。
2.4.3工具定位
1.在Geometry>
Transformations>
Autopositioning中对各部件进行定位,对各部件定位后效果图如图4.1所示,Die和Blank间距为1.5mm,Blank和Blankholder间距为0.5mm,Blankholder和Punch间存在一定的间距。
图4.1模具定位效果图
2.4.4宏模板的引用
1.单击Set-up>
Process,单击加号Datasetupmacro,在High_Quality文件夹中选择SingleAction.ksa,在Customize窗口中选择相应的选项如图14。
双击Blankholderstroke输入压边圈的行程0.01mm,双击Blankholderforce输入压边力20KN。
2.单击Set-up>
Process后的图标Objectsattributes,复制Stamping>
Die>
Imposedvelocity,粘贴到Stamping>
Blankholder>
Cartesiankinematics下。
点kinematicscheck按钮进行运动核对,看各部件运动是否与所设定的一致。
2.4.5求解器的设定
1.单击Set-up>
solver,单击hosts,再单击menu里的“+”,在Labelforthishost输入求解名,在configuration下Machine中如果系统是64为的在Operatingsystem设定为64-bit,在Launch里Solver’slauncher选择求解器,如果软件安装的是64位,选择Binary-64Bit>
Solver>
pamstamp.bat,其它为设置为默认。
在单击Calculationhost中的OK,单击hosts里的close,单击Startacalculation中的OK进行求解。
2.5结果分析
1.结果打开
⏹右击Project工具框-Project栏中的Results模块→Includemultistagestates(图5.1),打开结果文件选择对话框。
图5.1计算结果打开
⏹选择Box_01_Holding.psp和Box_02_Stamping.psp,点击“打开”。
2.云图分析
⏹在Project工具框-Project栏中双击激活Results模块中的最后一步。
⏹在Project工具框-Visibility栏中,只显示Blank。
⏹激活菜单栏中View→Toolbars中的Normalstampingpost_processortoolbar工具条,即可进行包括厚度、变薄率、主应变、副应变、FCD、接触力、截面等常规后处理分析。
⏹点击Normalstampingpost_processortoolbar工具条中的厚度按钮,将如图5.2显示板料变形过程中厚度变化云图。
从图中可以看出在板料压边区域,因为材料的周向收缩,厚度略有增加;
而在板料成形的拐角部分,即与凸模圆角相对应的地方,因为受到拉应力的作用,厚度明显变薄。
图5.2成形结果—厚度分布云图
⏹5.2显示压边力和冲压力的曲线图
选择curves对话框,在Historycurve中x方向选择time,y方向选择object>
contactforce,在entity中可以分别选择blankholder、die和punch,在value中选择Indirection,点击确定.图5.3所示压边力随时间的变化,在压边阶段,压边力逐渐施加,由零至给定的压边力,之后保持压边力不变;
图5.4所示为冲头力随时间的变化,随着凹模的下行,开始阶段冲头未与板料接触,故为零,随着冲头与板料的接触,凹模逐渐施压于冲头上,故冲头力逐渐增大。
选择不同的对象有不同的力随时间的变化。
图5.3压边力与时间曲线图图5.4冲头力与时间的曲线图
2.6CAE成形思考题
下面是参数有变化的六组数据的冲压数据:
表0.1分析方案表格
组别
应变强化系数K
应变强化指数n
压边力F
摩擦系数μ
第0组
0.12
第1组
0.4
第2组
0.5
第3组
0.2
第4组
0.3
第5组
第6组
10
第7组
0.05
第8组
0.36
2.6.1加工硬化指数K和n值对冲压过程的影响
实际应力应变关系:
近似公式:
由公式分析,应变强化系数K越大,成形力越大。
应变强化指数n越大,弯曲性能越好,抗起皱性能越好。
2.6.1.1其他参数不变,K=0.4和K=0.5比较
冲头接触力-时间曲线图:
凸模冲压力比较:
图6.1第1组数据冲头力与时间曲线图图6.2第2组数据冲头力与时间曲线图图6.1最大冲压力:
49KN。
图6.2最大冲压力:
82KN。
厚度分布云图:
图6.3:
K=0.4,最大厚度:
1.571130mm,最小厚度:
0.798439mm。
图6.4:
K=0.5,最大厚度:
1.640595mm,最小厚度:
0.797478mm。
图6.3第1组K=0.4厚度分布云图图6.4第2组K=0.5厚度分布云图
分析:
由冲头冲头力-时间曲线图,可以看出冲压力F与应变强化系数K成正比。
由厚度分布云图:
可以看出K值对冲压件质量影响不大。
因此,应变强化系数K越大,成形力越大。
2.6.2.2其他参数不变,n=0.2和n=0.3比较
图6.5第3组数据冲头力与时间曲线图图6.6第4组数据冲头力与时间曲线图
图6.5最大冲压力:
79KN。
图6.6最大冲压力:
62KN。
图6.7:
n=0.2,最大厚度:
1.732799mm,最小厚度:
0.817345mm。
图6.8:
n=0.3,最大厚度:
1.539316mm,最小厚度:
0.778201mm。
图6.7第3组n=0.2厚度分布云图图6.8第4组n=0.3厚度分布云图
当应变强化指数n值变大时,最薄处的厚度随之变小,所需要的冲头力大小也随之变小,即n越大弯曲变形性能越好,另外根据厚度云图可知n越大其抗起皱性能越好。
2.6.2压边力和摩擦系数对冲压模拟结果的影响
2.6.2.1其他参数不变,F=0.5和F=10比较
图6.9第5组数据冲头力与时间曲线图图6.10第6组数据冲头力与时间曲线图
图6.9最大冲压力:
105KN。
图6.10最大冲压力:
54KN。
图6.11:
F=0.5,最大厚度:
3.861476mm,最小厚度:
0.767658mm。
图6.12:
F=10,最大厚度:
1.402157mm,最小厚度:
0.779058mm。
图6.11第5组F=0.5厚度分布云图图6.12第6组F=10厚度分布云图
当找到一个合理的压边力值(此实验中合理压边值在2KN左右),以此为基础,调整压边力。
如果取值过小,以至于低于板料法兰边法向的反力,进而产生起皱现象;
如果取值过大,阻碍材料流动,使得板料法兰边的材料无法向内部流动,最薄处的厚度过小进而产生拉裂。
2.6.2.2其他参数不变,μ=0.05和μ=0.36比较
图6.13第7组数据冲头力与时间曲线图图6.14第8组数据冲头力与时间曲线图
图6.13最大冲压力:
65KN。
图6.14最大冲压力:
60KN。
μ=0.05,最大厚度:
1.596157mm,最小厚度:
0.791021mm。
μ=0.36,最大厚度:
1.312909mm,最小厚度:
0.187490mm。
图6.15第7组μ=0.05厚度分布云图图6.16第8组μ=0.36厚度分布云图
当保持合理压边力F不变的时候,摩擦系数由0.05变为0.36,从模拟仿真结果图看出,板料最薄处变化十分明显,可以发现摩擦系数越小,对板料的流动越有利,冲压出的零件最薄处的厚度会变厚,零件越不容易损坏;
反之,摩擦系数越大,对板料的流动越不利,冲压力也越大,零件容易损坏;
可以推知,当摩擦系数很大时,板料会发生拉裂
三.盒形件拉深成形实验
3.1实验目的
拉深成形是一种典型的冲压工艺,在计算机上完成钣金零件拉深成形的有限元仿真模拟实验后,进行拉深成形实验,实验的结果对应于计算机的模拟结果,即破裂、起皱和合格三种情况,并于计算机模拟的结果比较,从而加深对拉深工艺的理解。
3.2实验内容
1.分析模具结构
2.调节压边力,压边力过大会出现什么结果;
压边力过小会出现什么现象
3.调节合适压边力,成形出合格的零件
4.观察添加润滑剂对零件成形性能的影响
5.观察合格零件的各向异性现象
3.3实验材料及实验设备
1、实验材料:
铝合金LY12M,板料厚度:
0.3mm
2、剪板机一台
3、机械手板压力机一台
4、落料拉深复合模具一套
3.4实验结果分析
3.4.1未经过退火处理的铝合金进行冲压
(1)过程:
擦拭干净凸模和凹模,以及法兰边,然后从小到大依次调整压边力,具的是调整压边圈与凹模的距离,每次向上拧适当距离;
(2)结果:
如图7.1所示;
冲压出来的零件刚开始有很明显的起皱现象,然后随着压边力的增大,起皱现象逐渐变小,但是十分容易产生拉裂现象;
因此,该材料不适合进行拉伸试验;
图7.1未经过退火处理的铝合金冲压零件图
3.4.2用实验板料的铝合金进行冲压
未加润滑剂进行拉伸试验,调整法兰边到凹模的距离,使得压边力由小依次变大,每次向上拧适当距离;
直到零件产生开裂;
然后加润滑油进行拉伸试验,用棉签均匀的在法兰边涂润滑油,然后进行试验,不改变压边力大小进行拉深,然后逐渐增大压边力。
在未加润滑油时,刚开始零件起皱,然后起皱逐渐消失,直至产生合格的零件,随着压边力的继续增大,零件最薄处的厚度减小,最终产生裂纹,当加润滑油后,在上次产生裂纹的压边力不变的条件下,裂纹没有产生;
继续增大压边力,零件产生拉裂;
现象如图7.2所示。
图7.1铝合金LY12M冲压零件图
(3)结论:
若取值过小,以至于低于板料法兰边法向的反力,进而产生起皱现象;
若压边力取值过大,阻碍材料流动,使得板料法兰边的材料无法向内部流动,进而产生拉裂;
而减小摩擦,越有利于板料的流动,零件不容易产生拉裂。
四.实验体会
通过亲自上机模拟,使用PAMSTAMP2G和DYNAFORM5.7两个软件分析计算了钣金成型过程,深刻理解了钣金课程中的知识;
在此次试验中,通过与老师同学的积极讨论,很好的锻炼了我们动手解决问题的能力。
在以后的学习生活当中这是非常宝贵的经验,再遇到这类的问题时应该能很好的解决。
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