基于Abaqus的冲压模具仿真.docx
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基于Abaqus的冲压模具仿真.docx
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基于Abaqus的冲压模具仿真
板件冲压成型分析
1、背景描述
当前,制造行业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展。
由于新产品、新技术的开发成本太高、开发时间过长,加上开发成果没有保障,越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。
采用ABAQUS对加工工艺进行模拟有着诸多优点:
1.数值模拟减少了耗时的原型实验,缩短了产品投放市场的时间;
2.合理的参数设计可以降低对工件的损耗;
3.合理的坯料设计,减少了飞边,也减少原材料的浪费;
4.对模具的设计、加工提供合理建议;
5.优化加工过程,提高产品成型质量;
采用ABAQUS进行仿真模拟的目的:
1.节约开发成本
2.加快研发速度
3.提高产品质量
2、问题描述
1、本实例是关于板件的冲压成型仿真模拟,图1为拉延模具三维实体,图2为模具上模的刚性实体,图3为模具下模的刚性实体,图4为模具压边圈的刚性实体,图5为毛坯的初始形状,其中定义上模、压边圈、下模为离散刚性的,即在模拟过程中假设这几个部件不发生变形,只有毛坯件发生变形,完成冲压,在分析过程中定义毛坯为可变性的。
图1拉延模三维模型
图2模具上模刚性实体
图3模具下模刚性实体
图4压边圈刚性实体
图5毛坯初始形状
2、将上述模具四部分进行装配,其中上模在最上端,下模在最下端,压边圈在下模上,毛坯在压边圈下方下模上放着,在模具冲压的过程中,下模固定不动,由上模向下运动来实现板料的冲压成型,压边圈在上模下压之前已将将板料压紧,防止板料在拉伸的过程毛坯串动,和提高拉伸后型面质量。
拉着板料的边缘,使拉伸时板料不易起皱。
下图6模具为在abaqus中的装配体。
图6模具装配体
3、定义毛坯的材料属性,进入属性模块,定义新材料名称为steel,该材料的密度为7.85E-9,杨氏模量为210000,泊松比为0.31,定义塑性属性为图7所示,
Truestress(MPa)
Logplasticstrain
91
0.0
131
0.159´10-2
171
0.649´10-2
211
0.177´10-1
251
0.395´10-1
291
0.776´10-1
331
0.139
391
0.295
图7材料的属性定义
4、创建截面类型别壳,类型为均质的截面,同时将截面特性赋予给毛坯。
定义如下图8所示:
图8赋予板料单元属性
5、定义求解时的分析步,总共定义3个分析步,第一个分析步为压边圈向下移动10mm,使压边圈和毛坯接触。
第二个分析步为压边圈向下移动1.0*E-01mm,使压边圈能够紧紧的压着毛坯,在冲压的过程中能拉紧毛坯,使毛坯不易起皱。
第三个分析步为上模冲头向下移动50mm,完成冲压过程。
如图9所示:
图9定义三个分析步
分析步定义的类型为动力、显式的,时间长度为0.001,几何非线性打开。
如图10所示:
图10分析步时间长度定义
6、进入相互作用管理器,创建摩擦的相互作用属性,定义接触属性名称为fric,选择力学-切向行-摩擦公式,选择罚,定义摩擦系数为0.1,如图11。
图11定义接触属性
7、定义相互作用,分别定义三个接触,第一个是上模和毛坯下表面的接触作用,第二个是下模和毛坯下表面的接触作用,第三个是压边圈上表面和毛坯下表面的接触作用。
着三个相互作用在拉伸过程中真实的模拟毛坯沿切向的摩擦滑动。
如图12所示:
图12创建接触部分的相互作用
8、进入约束管理器,创建上模、下模、压边圈的约束,使上模、下模、压边圈在仿真的过程中以刚体的形式进行仿真,即不发生弹性形变,且定义参考点,参考点为之前定义的参考点。
过程如图13所示:
图13创建刚形体参考点约束
8、划分网格,由于定义的是离散刚体,所以需要对离散刚体进行网格划分,同时毛坯件也需要网格划分,离散刚体和毛坯的网格尽量小一些,这样可以更准确的模拟真实的变形情况。
对上述部件进行网格划分后,应当对网格的单元类型进行定义,该实例中,定义毛坯的单元类型为显式、壳单元S4R,离散刚形体的单元类型为显式、离散刚性单元R3D4。
毛坯和离散刚形体的选择情况分别如图14和15所示:
图14网格的划分情况
图15选择单元类型
9、定义边界条件,为之前创建的分析步创建边界条件,分别创建下模的完全固定边界条件、上模的沿Y轴下移的边界条件、压边圈下移的边界条件、毛坯沿X轴固定的边界条件。
创建的边界条件应和分析步相一致。
如图16所示:
图16定义运动的边界条件
10、创建作业,进行求解。
图17为板件冲压过程中金属板中Mises应力分布云图
图17冲压过程应力分布云图
图18为冲压结束金属板中Mises应力分布云图
图18板件成型应力分布云图
从应力分布云图中可以看出,板件在拉伸过程中两个圆弧处发生了很大的塑性变形,由此可能造成的结果是板件的拉裂和变薄,对板件的最终质量产生不利影响。
板件中间部位在拉伸的过程中产生了收缩,中间部位在成型后板件厚度方向上变形量不是很大,板件两端没有产生大的收缩,板件的凸处是靠塑性变形产生的。
在拉伸开始前,给予压边圈一个向下的位移,使压边圈压紧板料,之后拉伸时压边圈靠摩擦力拉紧板料,使成型过程中不易起皱。
图19为拉伸过程中整个模型的动能历史曲线。
图19成型分析动能历史
数据如下图20:
图20能量数据
圆弧节点处的最大、最小应力为下图21所示:
数据如下:
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