基于Dynaform盒形件冲压成形仿真.doc

基于Dynaform盒形件冲压成形仿真
摘要:Dynaform是基于有限元理论建立的成形模拟和分析软件。拉深成形是一种常见的成形方法，它的实质在于凸缘部分材料的转移和塑性变形，拉深过程中制件的主要失效形式有起皱和破裂。文章基于Dynaform分析引起起皱的各种因素以及对盒形件拉深成形质量造成的影响，可弥补拉深模具经验设计的不足，缩短模具的设计周期，并对类似产品的模具设计具有一定的借鉴作用。
关键词:Dynaform;有限元分析;盒形件
一、前言
冲压成形是现代工业的一种重要的加工成形方法，它广泛应用于汽车、航天等领域，是一个包括了几何、材料以及边界条件非线性的复杂力学过程[1]。由于冲压件成形力学过程的复杂性，使得依靠实际经验和反复修模、试模，进行模具设计的传统方法既费时又费力。将计算机模拟引入冲压模具的设计过程中，是现代模具设计发展的必然。Dynaform板料成形软件，可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助[2]。它将在缩短模具设计周期和改善产品成形质量等方面发挥极其重要的作用。
盒形件是典型的板料冲压成形制品，在其拉深成形过程中，坯料的凸缘部分是主要变形区，凸缘变形区在切向压应力的作用下，可能产生失稳，其特征表现为凸缘边缘的材料产生皱折。轻微的起皱可以通过凸凹模间隙来调整，仅在拉深件侧壁上留下皱痕;但严重的起皱将不能满足制件的尺寸精度和使用要求，并且会导致坯料成形时不能顺利通过凸凹模间隙而造成拉裂失效。
影响拉深件起皱的主要因素有:(1)是否采用压边装置以及压边力是否合适;(2)材料的机械性能，如材料弹性模量E、毛坯相对厚度t/D等;(3)拉深成形时的阻力大小[3]。
二、盒形基准件模型的建立
1、CAD模型

图1、零件尺寸图图2、实体模型图
盒形件的尺寸和实体模型如图1、2所示，板料材料选取厚度为1mm的bufd。采用UG软件建立盒形件拉深成形的几何实体模型，如图2所示。从实体模型中抽取曲面，经过组合体中的缝合功能将曲面缝合成一个整体，再通过曲面转换将格式转换成IGES格式，再将模具型面导入到有限元模拟软件Dynaform中。
1.2网格模型的建立
通过标准数据交换接口IGES将CAD模型导入到Dynaform软件中，采用自适应网格划分法，如图3所示。

下模
上模

图3模拟拉深的有限元模型
1.3参数设置
主要进行材料参数和模拟设置参数的定义，如板料类型、材料厚度、材料力学性能参数等的设置。设置板料类型为中国材料bufd钢，板料厚度t=1mm。
1.4求解
在“快速设置/拉延”对话框中点击“提交任务”按钮，进入“分析”对话框，在“分析类型”下选择“FullRunDyna”,将任务提交给LS-DYNA求解器，点击“确定”按钮，系统将自动开始进行分析计算。

图4LS-DYNA求解器
1.4盒形模拟结果及分析
提交到LS-DYNA进行分析处理后，利用Dynaform后处理器ETA/Post-Processor打开d3lop，观察拉深件模拟结果的起皱程度与部位，如图5所示。

图5“Blank”形极限图
从图5中可以看出，盒形件的凸缘部分以及大部分侧壁处都产生了起皱，特别是盒形件的短边部分产生了严重起皱(深紫色区域)，甚至在短边中间区域出现破裂（红色以及黄色区域），这是由于毛坯没有足够的流动空间，从而对短边部分的毛坯产生了较大的切向压应力所致，切向压应力越大越容易失稳起皱，所以应采取适当措施改善直边部分材料应力状况，以防严重起皱。另外处于圆角部分的凸缘坯料流入圆角时受到的成形阻力大，也造成此部分严重起皱，但此部分一般为工艺补充部分，在切边工序中将被切除，不会对产品质量造成较大的影响。总体上讲在有压边圈的条件下，制件成形质量较为理想，但尚不能满足具有较高尺寸精度和表面质量要求的零件的使用要求，需进一步改善成形工艺。

图6“Blank”厚度变化情况
同时从模拟结果的增厚变薄图6可以看出,板料成形后的盒形4个圆角增厚最多,厚度达到1.409577ｍｍ;而盒形两短边中间偏下部分是变薄最严重的区域,最小厚度为0.620082ｍｍ。
三、总结
（1）Dynaform软件作为比较成熟的有限元模拟软件，能够很好地对板料拉深成形工艺进行模拟及结果预测，从而缩短生产周期，降低生产成本。
（2）利用Dynaform软件能够较好地模拟板料成形过程中的应力、应变分布,特别是实际加工中难以测量的部分也能通过该软件模拟反映出来。利用Dynaform软件对盒形拉深过程中的压边力数值进行模拟,能够快速确定合适的压边力值,最终获得合格的产品,既减少了试模时间,又提高了生产效率。
五、参考文献
[1]衡猛,周建忠.板料成形中有限元模拟技术的应用[J].电加工与模具，2004(2):49