拉深成形仿真 CAE

1、 拉伸成型仿真CAE學(xué)號(hào)分析參數(shù)編號(hào)課程設(shè)計(jì)成績(jī)課 程 設(shè) 計(jì) 分 析 報(bào) 告課程設(shè)計(jì)名稱 拉深成形仿真 學(xué) 院 指導(dǎo)老師姓名 學(xué) 生 姓 名 學(xué)生專業(yè)班級(jí) 2013 - 2014學(xué)年 第 一 學(xué)期日期： 2014 年 1 月 02 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：已知拉深件零件圖和零件幾何參數(shù)如下圖一和表1所示：圖一 拉深件零件圖表1 拉深件幾何參數(shù)參數(shù)編號(hào)DdhtA295245492.0材料為低碳鋼（mild steel）“DQSK”，材料類型為36。利用DYNAFORM軟件對(duì)拉深成形過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析，完成以下任務(wù)與要求：1、毛坯尺寸及形狀確定；2、拉深成形工藝分析3、拉深過(guò)程模擬；4、拉深參

2、數(shù)（拉伸速度、摩擦系數(shù)、模具凹模圓角半徑R1、R2、壓邊力）對(duì)成形過(guò)程和質(zhì)量的影響規(guī)律分析；5、應(yīng)力、應(yīng)變分布、厚度分布；6、依據(jù)成形極限圖分析零件起皺和開(kāi)裂的趨勢(shì)；7、確定最佳成形工藝參數(shù)；8、提交紙質(zhì)課程設(shè)計(jì)分析報(bào)告（不少于15頁(yè)），并提交一張所有分析電子文檔的刻錄光盤(pán)，用資料袋裝訂；目錄目錄0一、 毛坯尺寸及形狀確定11. 確定零件中心線圖12. 計(jì)算毛坯直徑1二、 拉伸成型及工藝分析1三、 拉深過(guò)程模擬2(一) 前處理步驟；21. 打開(kāi)數(shù)據(jù)文件庫(kù)22. 曲面網(wǎng)格劃分；33. 網(wǎng)格檢查和修補(bǔ)；34. 新建一個(gè)自動(dòng)設(shè)置；5(二) .應(yīng)用eta/POST進(jìn)行后處理101. 讀入結(jié)果文件d3p

3、lot到eta/Post.102. 繪制變形過(guò)程。103. 繪制厚度（Thickness）變化過(guò)程。104. 繪制應(yīng)變（Strains）變化過(guò)程。115. 繪制應(yīng)力（Max_VonMises）變化過(guò)程。11四、 拉深參數(shù)對(duì)成形過(guò)程和質(zhì)量的影響規(guī)律分析；121. 拉伸速度13厚度(Thickness)破壞云圖14應(yīng)變（Strain）破壞云圖14應(yīng)力（VONMISES）破壞云圖142. 摩擦系數(shù)153. 壓邊力164. 模具凹模圓角半徑R1175. 模具凹模圓角半徑R218五、 應(yīng)力、應(yīng)變分布、厚度分布；191. 應(yīng)力（VONMISES）云圖192. 應(yīng)變（Strain）云圖193. 厚度(Thi

4、ckness)變化云圖19六、 依據(jù)成型極限圖分析零件起皺和開(kāi)裂的趨勢(shì)；20七、 確定最佳成型工藝參數(shù)；20一、 毛坯尺寸及形狀確定1. 確定零件中心線圖 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)凹模圓角，R1=6t，R2=3t，按料厚的中心線作圖，零件中心線圖如上右圖所示。由沖壓手冊(cè)表4-4查得：=6mm。2. 計(jì)算毛坯直徑由以上零件中心線圖的尺寸，用等面積原理計(jì)算坯料直徑：D=(d12+2*r2*d1+8*r22+4*d2*h+2*r1*d2+4.56*r12)+(d42-d32)0.5 =365mm二、 拉伸成型及工藝分析 上左圖拉深件零件圖，材料為低碳鋼（mild steel）“DQSK”，材料類型為36

5、，料厚t=1mm，成型后要求零件表面無(wú)起皺，無(wú)變形，進(jìn)過(guò)分析，皮料相對(duì)厚度為t/D x 100=0.55，因此需要采用強(qiáng)力壓邊裝置，來(lái)提高材料的變形阻力； 根據(jù)以上的分析，設(shè)計(jì)了壓邊拉深模具結(jié)構(gòu)，解決上敘問(wèn)題，并重新制定了拉伸工藝路線，即：壓邊與拉伸兩道工序，而且成型后的零件光滑無(wú)起皺，無(wú)變形，滿足設(shè)計(jì)要求。三、 拉深過(guò)程模擬(一) 前處理步驟；1. 打開(kāi)數(shù)據(jù)文件庫(kù)1) /選擇菜單fileImport。，打開(kāi)對(duì)話框，如下圖所示；2) 選擇數(shù)據(jù)庫(kù)文件modell.df，單擊打開(kāi)按鈕，如下圖所示; 3) 設(shè)定單位，選擇菜單ToolsAnalysis Setup。選擇缺省的單位作為單位系統(tǒng)。2. 曲

6、面網(wǎng)格劃分；1) 顯示或隱藏零件層，如左圖；當(dāng)層零件層，設(shè)為TM 1，如右圖；2) 在前處理里，進(jìn)入，在單元中點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入網(wǎng)格劃分界面，選擇曲面TM 1進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如下左圖所示；在工具下拉菜單欄里點(diǎn)擊毛坯生成器按鈕，在選擇選項(xiàng)界面里選擇曲面，之后選擇四分之一扇形曲面，對(duì)網(wǎng)格大小工具半徑改為1.25,，如下右圖所示；3. 網(wǎng)格檢查和修補(bǔ)；在下拉菜單欄進(jìn)入前處理，打開(kāi)模型檢查/修補(bǔ)界面， 1) 點(diǎn)擊自動(dòng)一致平面法線按鈕，確定所有零件的法線方向都一致后，保存數(shù)據(jù)庫(kù)。2) 點(diǎn)擊顯示模型的邊界按鈕，這個(gè)功能檢查網(wǎng)格上的間隙，空洞，退化的單元，然后以高領(lǐng)的邊界顯示這些缺陷，這樣用戶就可以手工的修復(fù)這些

7、缺陷了。如下圖邊界；3) 點(diǎn)擊工具欄上的Clear按鈕清除顯示的邊界。4) 保存數(shù)據(jù)庫(kù)。4. 新建一個(gè)自動(dòng)設(shè)置；1) 點(diǎn)擊自動(dòng)設(shè)置菜單后，系統(tǒng)會(huì)彈出自動(dòng)設(shè)置，提示用戶定義基本的設(shè)置參數(shù)。 2) 基本參數(shù)設(shè)置； 3) 板料定義；點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入板料定義界面，點(diǎn)擊按鈕，定義幾何體添加零件層，如圖下圖；4) 材料定義；點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入材料編輯環(huán)境，點(diǎn)擊按鈕，選擇材料型號(hào)，如下圖；5) 工具定義；點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入工具編輯界面，首先對(duì)凹模進(jìn)行幾何模型定義，點(diǎn)擊按鈕添加零件層，選擇零件層，添加后的結(jié)果圖如下；點(diǎn)擊凸模按鈕，進(jìn)入凸模定義界面，點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入定義幾何體界面，單擊按鈕，進(jìn)入拷貝單元界面，選擇選擇.按鈕

8、，來(lái)到選擇單元界面，點(diǎn)擊按鈕，選擇TM 1圖層零件單元進(jìn)行復(fù)制，復(fù)制后的結(jié)果如下左圖；同理，壓邊圈的選擇同上所述，復(fù)制后如下右圖；6) 工具定位；在所有的工具都定義好之后，需要定位好各個(gè)工具開(kāi)模時(shí)的相對(duì)位置。這一步是每一次設(shè)置都必須的步驟。另外，工具的定位跟每一個(gè)工具的工作方向都有很大的關(guān)系，因此，我們?cè)诙ㄎ恢靶枰屑?xì)檢查每一個(gè)工具的方向。 點(diǎn)擊定位按鈕，進(jìn)入定位設(shè)置界面，在on后面選擇基準(zhǔn)，我們選擇凸模為定位基準(zhǔn)，其他工件就可以自動(dòng)獲取與凸模的相對(duì)位置，位置數(shù)據(jù)設(shè)置如下圖所示；7) 工序定義； 工序定義的目的是方便設(shè)置當(dāng)前模擬需要的工序個(gè)數(shù)，每個(gè)工序所需的時(shí)間以及工具在每個(gè)工序中的狀態(tài)等等

9、?？梢渣c(diǎn)擊設(shè)置主界面上Process標(biāo)簽進(jìn)入工序設(shè)置界面。只需要在新建一個(gè)設(shè)置時(shí)選擇了程序內(nèi)置的設(shè)置模板之后，程序會(huì)自動(dòng)添加一些必要的工序。由于我們前面選擇的模板是單動(dòng)（Single Action）成型 ，因此成型默認(rèn)產(chǎn)生兩個(gè)工序，一個(gè)壓邊工序，另一個(gè)是拉延工序。點(diǎn)擊壓邊工序按鈕，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行改變，結(jié)果如下左圖所示；點(diǎn)擊拉延工序按鈕，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行改變，結(jié)果如下右圖所示；8) 動(dòng)畫(huà)顯示；到目前為止，所有的設(shè)置都已經(jīng)完成。可以進(jìn)行提交計(jì)算。但是在提交計(jì)算之前，最好進(jìn)行對(duì)設(shè)置的模型進(jìn)行動(dòng)畫(huà)顯示，以便檢查各個(gè)工具所定義的運(yùn)動(dòng)情況。選擇菜單欄這時(shí)工具將以動(dòng)畫(huà)的形式顯示其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。9) 任務(wù)提交；

10、在驗(yàn)證了工具的運(yùn)動(dòng)正確性后，我們可以對(duì)當(dāng)前設(shè)置進(jìn)行任務(wù)提交進(jìn)行計(jì)算。選擇菜單欄系統(tǒng)就會(huì)彈出的計(jì)算窗口。(二) .應(yīng)用eta/POST進(jìn)行后處理1. 讀入結(jié)果文件d3plot到eta/Post.2. 繪制變形過(guò)程。缺省的繪制狀態(tài)是繪制變形過(guò)程。在Frame下拉菜單中，選擇All Frames，然后單擊play按鈕進(jìn)行動(dòng)畫(huà)顯示變形過(guò)程。3. 繪制厚度（Thickness）變化過(guò)程。點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入厚度變化界面，觀察在拉伸成型仿真過(guò)程中工件厚度變化分布云圖以及最小厚度處。以下左圖所示厚度（mm）變化數(shù)據(jù)；4. 繪制應(yīng)變（Strains）變化過(guò)程。點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入應(yīng)變變化界面，觀察在拉伸成型仿真過(guò)程中工件應(yīng)變

11、變化分布云圖，以上中圖所示的應(yīng)變（mm）變化數(shù)據(jù)。5. 繪制應(yīng)力（Max_VonMises）變化過(guò)程。點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入?yún)?shù)變化選擇界面，在中選擇Stress-Strain，在副標(biāo)題中選擇進(jìn)入等效應(yīng)力觀察界面，如上右圖所示應(yīng)力（MPa）變化數(shù)據(jù)。四、 拉深參數(shù)對(duì)成形過(guò)程和質(zhì)量的影響規(guī)律分析；下面是通過(guò)拉伸成型數(shù)值模擬后得到的后處理參數(shù)的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)這些原始數(shù)據(jù)我們可以來(lái)分析拉伸過(guò)程，隨拉伸參數(shù)的變化，工件所受到的應(yīng)力，應(yīng)變以及厚度的變化。后處理原始數(shù)據(jù)后處理文件strain（mm）VONMISES（1000MPa）Thickness（mm）拉伸速度（m/s）摩擦系數(shù)壓邊力（10萬(wàn)牛）模具凹模圓角半

12、徑R1（mm）模具凹模圓角半徑R2（mm）00010.2451.0671.6850.125213700020.31.0621.61750.1253137000331.6871.1440.36750.1253.513700033.0511.6280.0950.125413700110.2641.1011.653503291.1491.43650.175213700132.9161.5310.150.2213700210.322.1461.69260.125213700222678.72*1031.8336.50.125213700230.2020.8121.69440.

13、125213700310.2910.7811.74250.12529700320.4641.0981.60350.12526700330.7051.3621.38750.12523700410.2531.1071.65950.125213500420.4691.071.47250.125213300430.5331.2391.48450.125213100440.5361.1171.41850.12521321. 拉伸速度拉伸速度對(duì)拉伸成型有著重要的影響，下面是拉伸過(guò)程Dynaform模擬的后處理參數(shù)，對(duì)于拉伸速度的變化引起工件的應(yīng)力，應(yīng)變和厚度變化如下圖（有表格中數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)）所示。后處理文件拉

14、伸速度（m/s）strain（mm）VonMises（1000MPa）Thickness（mm）002340.2020.8121.694000150.2451.0671.68002160.322.1461.69200222678.72*1031.8336.5 通過(guò)上面折線圖我們能直觀的了解到隨拉伸速度的增大，應(yīng)力應(yīng)變都有明顯上升，即應(yīng)力應(yīng)變?cè)絹?lái)越大，而厚度卻不隨拉伸速度的變化，以上表格中的第四組數(shù)據(jù)是在實(shí)驗(yàn)中由于拉伸速度過(guò)大而是工件發(fā)生破壞示意圖如下。所以在拉伸成型過(guò)程中我們應(yīng)當(dāng)選合適的拉伸速度，以防拉伸速度過(guò)大而使工件所受的應(yīng)力應(yīng)變達(dá)到工件的極限狀態(tài)而破壞工件。厚度(Thickness)破壞

15、云圖應(yīng)變（Strain）破壞云圖應(yīng)力（VONMISES）破壞云圖2. 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)對(duì)拉伸成型有著重要的影響，下面是拉伸過(guò)程Dynaform模擬的后處理參數(shù)，對(duì)于摩擦系數(shù)的變化引起工件的應(yīng)力，應(yīng)變和厚度變化如下圖（有表格中數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)）所示。后處理文件摩擦系數(shù)strain（mm）VonMises（1000MPa）Thickness（mm）00010.1250.2451.0671.6800110.150.2641.1011.65300120.1750.3291.1491.43600130.22.9161.5310.1 通過(guò)上面的折線圖我們能直觀的看到，摩擦系數(shù)的變化對(duì)應(yīng)力應(yīng)變及厚度都有重要的影響，

16、隨摩擦系數(shù)的增大工件成型過(guò)程中所受的應(yīng)力應(yīng)變顯著增加，厚度顯著減小，這樣的變化帶來(lái)的結(jié)果是工件將被拉穿，所以在拉伸過(guò)程中我們應(yīng)當(dāng)對(duì)工件與模具的接觸表面加以潤(rùn)滑，以減小在成型過(guò)程中的工件應(yīng)力應(yīng)變及厚度的變薄。3. 壓邊力壓邊力對(duì)拉伸成型有著重要的影響，下面是拉伸過(guò)程Dynaform模擬的后處理參數(shù)，對(duì)于壓邊力的變化引起工件的應(yīng)力，應(yīng)變和厚度變化如下圖（有表格中數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)）所示。后處理文件壓邊力（10萬(wàn)牛）strain（mm）VONMISES（1000MPa）Thickness（mm）000120.2451.0671.68000230.31.0621.617000333.51.6871.1440.3

17、67000343.0511.6280.09 通過(guò)上面的折線圖我們能直觀的看到，壓邊力的變化對(duì)應(yīng)力應(yīng)變及厚度都有重要的影響，隨壓邊力的增大工件成型過(guò)程中所受的應(yīng)力應(yīng)變顯著增加，厚度顯著減小，這樣的變化帶來(lái)的結(jié)果是工件將被拉穿，而我們?cè)诤筇幚碇袑?duì)拉伸坯料的成型過(guò)程中，當(dāng)不用壓邊圈時(shí)，工件會(huì)出現(xiàn)常見(jiàn)的起皺現(xiàn)象，所以在拉伸成型過(guò)程中我們應(yīng)當(dāng)選用合適的壓邊力，一來(lái)以來(lái)防止起皺現(xiàn)象，二來(lái)防止被拉穿。4. 模具凹模圓角半徑R1模具凹模圓角半徑R1對(duì)拉伸成型有著重要的影響，下面是拉伸過(guò)程Dynaform模擬的后處理參數(shù)，對(duì)于模具凹模圓角半徑R1的變化引起工件的應(yīng)力，應(yīng)變和厚度變化如下圖（有表格中數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)）所示

18、。后處理文件strain（mm）VonMises（1000MPa）Thickness（mm）模具凹模圓角半徑R1（mm）00330.7051.3621.387300320.4641.0981.603600310.2910.7811.742900010.2451.0671.6813 通過(guò)上面的折線圖我們能直觀的看到，模具凹模圓角半徑R1的變化對(duì)應(yīng)力應(yīng)變及厚度都有重要的影響，隨模具凹模圓角半徑R1的增大工件成型過(guò)程中所受的應(yīng)變遞減，而應(yīng)力有波動(dòng)，但總體上是減小趨勢(shì)，厚度開(kāi)始隨R1的增大遞增快速，慢慢的當(dāng)R1增大到一定程度變得平穩(wěn)了，所以綜上所述，模具凹模圓角半徑R1越小對(duì)工件成型的影響越大，當(dāng)小到一定程度，工件會(huì)被拉斷。5. 模具凹模圓角半徑R2模具凹模圓角半徑R2對(duì)拉伸成型有著重要的影響，下面是拉伸過(guò)程Dynaform模擬的后處理參數(shù)，對(duì)于模具凹模圓角半徑R4的變化引起工件的應(yīng)力，應(yīng)變和厚度變化如下圖（有表格中數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)）所示。 后處理文件strain（mm）VONMISES（1000MPa）Thickness（mm）模