圆饼冲压成型过程的有限元分析

工程硕士有限元分析和工程应用课程论文圆饼冲压成型过程的有限元分析 1、 问题描述如图 1.1 所示，将一个直径 17.2mm、厚度 1.2mm 的原材料，冲压成型一个外径11.5mm、内径 9.3mm、高度约为 5.8mm 的碗形成品。图 1.2 是为该产品设计的自动加工设备效果图。图 1.1 产品示意图图 1.2 圆饼自动机效果图图 1.3 为该产品的冲压成型模具示意图，上模采用圆柱形冲头，下模采用漏模。现要分析上模从与原材料刚接触开始，到出成品的过程中，原材料的变形情况和等效应力。工程硕士有限元分析和工程应用课程论文图 1.3 成型模具示意图在冲压工作过程中，由于上模和下模的变形量很小，可以视作刚体处理。但毛坯变形很大，属于状态非线性大变形接触问题，采用 LS - DYNA 程序进行求解。在冲压过程中，上、上模具与原材料的摩擦系数为 0.2。上模、下模和毛坯的材料参数如下：上模材料参数：弹性模量 E1=220GPa；泊松比 1=0.3；密度 1=7800kg/m3。下模材料参数：弹性模量 E2=220GPa；泊松比 2=0.3；密度 2=7800kg/m3。毛坯材料参数：弹性模量 E3=69GPa；泊松比 3=0.33；密度 3=2700kg/m3；剪切模量 ET=50MPa；屈服强度 =300MPa。2、 分析步骤2.1 模型导入在 Solid Works 中建好经过简化的模型，输入到 ANSYS 中，如图 2.1 所示。图 2.1 导入到 ANSYS 中的模型2.2 定义单元类型及材料属性单元类型选 LS - DYNA Explicit 中的 3D Solid 164 单元，如图 2.2 所示。依次定义毛坯、上模和下模的材料性能参数，如图 2.3，图 2.4 和图 2.5 所示。工程硕士有限元分析和工程应用课程论文图 2.2 设置单元类型图 2.3 毛坯材料参数设置图 2.4 上模材料参数设置图 2.5 下模材料参数设置工程硕士有限元分析和工程应用课程论文2.3 模型的分割由于模型具有对称性，可以只取模型的四分之一来进行分析。分割好的模型如图 2.6所示。图 2.6 分割好的模型2.4 有限元网格的划分用不同的材料对上模、上模和毛坯分别划分网格，划分好的网格如图 2.7 所示。图 2.7 有限元网格显示2.5 定义接触对现开始定义接触对，由于上模和下模可视为刚体，因此把上模和下模当做“目标”面，毛坯当做“接触”面。设置接触类型和摩擦系数，如图 2.8 所示。图 2.8 设置接触对话框工程硕士有限元分析和工程应用课程论文2.6 施加约束及求解1、施加约束由于只取模型的四分之一进行分析，所以需要通过施加约束来实现对称。在毛坯沿 X方向切开的那个面施加在 Z 轴方向上的位移约束，在毛坯沿 Z 方向切开的那个面施加在 X轴方向上的位移约束。如图 2.9 所示。图 2.9 添加约束2、施加动载荷因为上模向下移动，是随时间变化的，因此在施加动载荷之前要定义数组，如图2.10（a）和图 2.10（b）所示。（a）（b）图 2.10 定义数组工程硕士有限元分析和工程应用课程论文施加载荷，如图 2.11 所示。图 2.11 施加载荷选择 Main MenuSolutionSolve 命令进行计算，经过一段时间后，会弹出 Solution is done 提示框。关闭对话框，求解结束。2.7 查看求解结果在上模从与原材料刚接触开始下降 8mm 时，毛坯的位移等值线图如图 2.12 所示。该状态下的等效应力等值线图如图 2.13 所示。图 2.12 位移等值线图图 2.13 等效应力等值线图工程硕士有限元分析和工程应用课程论文毛坯在冲压成型的过程中，发生的变形过程，如图 2.14（a）至（j）所示。（a ） （b）（c ） （d）（e） （f ）（g） （h）（i） （j）图 2.14 毛坯成型过程变形图工程硕士有限元分析和工程应用课程论文3、 分析及评价计算结果从图 2.12 可以，在这样的冲压结构中，冲出来的成品底面不是一个平面，这和实际生产中遇到的问题一致。由此可以看出 ANSYS 分析的结果与实际情况比较吻合。4、 结束语由于学习 ANSYS 时间较短，加之英文操作界面，使得我在 ANSYS 运用中遇到不少的困难。这次作业，失败了好多次，但我熟悉了 ANSYS 操作步骤，从定义单元类型到建模到结果分析，有了明确的思路和整体的认识。了解了一般问题进行 ANSYS 求解的步骤方法。在以后的学习中，我将要多多接触 ANSYS，因为我相信 ANSYS 在我以后的工作中是一个不可缺少的分析软件。在这里，感谢李老师给我们讲这门课程。如果加强学习，以后定能将 ANSYS 应用到工作中。参考文献：1 曾攀有限元分析及应用北京：清华大学出版社，20042 张朝辉. ANSYS16.1 结构分析工程应用实例解析. 北京：机械工业出版社，2016.63 郑展. 冲压工艺和模具设计. 北京：机械工业出版社，2008.24 安爱明，陈玉