拉深成形仿真CAE.doc

拉伸成型仿真CAE学号分析参数编号课程设计成绩课 程 设 计 分 析 报 告课程设计名称 拉深成形仿真 学 院 指导老师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级 2013 - 2014学年 第 一 学期日期： 2014 年 1 月 02 日课程设计任务及要求：已知拉深件零件图和零件几何参数如下图一和表1所示：图一 拉深件零件图表1 拉深件几何参数参数编号DdhtA295245492.0材料为低碳钢（mild steel）“DQSK”，材料类型为36。利用DYNAFORM软件对拉深成形过程进行计算机仿真分析，完成以下任务与要求：1、毛坯尺寸及形状确定；2、拉深成形工艺分析3、拉深过程模拟；4、拉深参数（拉伸速度、摩擦系数、模具凹模圆角半径R1、R2、压边力）对成形过程和质量的影响规律分析；5、应力、应变分布、厚度分布；6、依据成形极限图分析零件起皱和开裂的趋势；7、确定最佳成形工艺参数；8、提交纸质课程设计分析报告（不少于15页），并提交一张所有分析电子文档的刻录光盘，用资料袋装订；目录目录0一、 毛坯尺寸及形状确定11. 确定零件中心线图12. 计算毛坯直径1二、 拉伸成型及工艺分析1三、 拉深过程模拟2(一) 前处理步骤；21. 打开数据文件库22. 曲面网格划分；33. 网格检查和修补；34. 新建一个自动设置；5(二) .应用eta/POST进行后处理101. 读入结果文件d3plot到eta/Post.102. 绘制变形过程。103. 绘制厚度（Thickness）变化过程。104. 绘制应变（Strains）变化过程。115. 绘制应力（Max_VonMises）变化过程。11四、 拉深参数对成形过程和质量的影响规律分析；121. 拉伸速度13厚度(Thickness)破坏云图14应变（Strain）破坏云图14应力（VONMISES）破坏云图142. 摩擦系数153. 压边力164. 模具凹模圆角半径R1175. 模具凹模圆角半径R218五、 应力、应变分布、厚度分布；191. 应力（VONMISES）云图192. 应变（Strain）云图193. 厚度(Thickness)变化云图19六、 依据成型极限图分析零件起皱和开裂的趋势；20七、 确定最佳成型工艺参数；20一、 毛坯尺寸及形状确定1. 确定零件中心线图 根据经验设定一个经验凹模圆角，R1=6t，R2=3t，按料厚的中心线作图，零件中心线图如上右图所示。由冲压手册表4-4查得：=6mm。2. 计算毛坯直径由以上零件中心线图的尺寸，用等面积原理计算坯料直径：D=(d12+2*r2*d1+8*r22+4*d2*h+2*r1*d2+4.56*r12)+(d42-d32)0.5 =365mm二、 拉伸成型及工艺分析 上左图拉深件零件图，材料为低碳钢（mild steel）“DQSK”，材料类型为36，料厚t=1mm，成型后要求零件表面无起皱，无变形，进过分析，皮料相对厚度为t/D x 100=0.55，因此需要采用强力压边装置，来提高材料的变形阻力； 根据以上的分析，设计了压边拉深模具结构，解决上叙问题，并重新制定了拉伸工艺路线，即：压边与拉伸两道工序，而且成型后的零件光滑无起皱，无变形，满足设计要求。三、 拉深过程模拟(一) 前处理步骤；1. 打开数据文件库1) /选择菜单fileImport。，打开对话框，如下图所示；2) 选择数据库文件modell.df，单击打开按钮，如下图所示; 3) 设定单位，选择菜单ToolsAnalysis Setup。选择缺省的单位作为单位系统。2. 曲面网格划分；1) 显示或隐藏零件层，如左图；当层零件层，设为TM 1，如右图；2) 在前处理里，进入，在单元中点击按钮，进入网格划分界面，选择曲面TM 1进行网格划分，如下左图所示；在工具下拉菜单栏里点击毛坯生成器按钮，在选择选项界面里选择曲面，之后选择四分之一扇形曲面，对网格大小工具半径改为1.25,，如下右图所示；3. 网格检查和修补；在下拉菜单栏进入前处理，打开模型检查/修补界面， 1) 点击自动一致平面法线按钮，确定所有零件的法线方向都一致后，保存数据库。2) 点击显示模型的边界按钮，这个功能检查网格上的间隙，空洞，退化的单元，然后以高领的边界显示这些缺陷，这样用户就可以手工的修复这些缺陷了。如下图边界；3) 点击工具栏上的Clear按钮清除显示的边界。4) 保存数据库。4. 新建一个自动设置；1) 点击自动设置菜单后，系统会弹出自动设置，提示用户定义基本的设置参数。 2) 基本参数设置； 3) 板料定义；点击按钮，进入板料定义界面，点击按钮，定义几何体添加零件层，如图下图；4) 材料定义；点击按钮，进入材料编辑环境，点击按钮，选择材料型号，如下图；5) 工具定义；点击按钮，进入工具编辑界面，首先对凹模进行几何模型定义，点击按钮添加零件层，选择零件层，添加后的结果图如下；点击凸模按钮，进入凸模定义界面，点击按钮，进入定义几何体界面，单击按钮，进入拷贝单元界面，选择选择.按钮，来到选择单元界面，点击按钮，选择TM 1图层零件单元进行复制，复制后的结果如下左图；同理，压边圈的选择同上所述，复制后如下右图；6) 工具定位；在所有的工具都定义好之后，需要定位好各个工具开模时的相对位置。这一步是每一次设置都必须的步骤。另外，工具的定位跟每一个工具的工作方向都有很大的关系，因此，我们在定位之前需要仔细检查每一个工具的方向。 点击定位按钮，进入定位设置界面，在on后面选择基准，我们选择凸模为定位基准，其他工件就可以自动获取与凸模的相对位置，位置数据设置如下图所示；7) 工序定义； 工序定义的目的是方便设置当前模拟需要的工序个数，每个工序所需的时间以及工具在每个工序中的状态等等。可以点击设置主界面上Process标签进入工序设置界面。只需要在新建一个设置时选择了程序内置的设置模板之后，程序会自动添加一些必要的工序。由于我们前面选择的模板是单动（Single Action）成型 ，因此成型默认产生两个工序，一个压边工序，另一个是拉延工序。点击压边工序按钮，对相应的参数进行改变，结果如下左图所示；点击拉延工序按钮，对相应的参数进行改变，结果如下右图所示；8) 动画显示；到目前为止，所有的设置都已经完成。可以进行提交计算。但是在提交计算之前，最好进行对设置的模型进行动画显示，以便检查各个工具所定义的运动情况。选择菜单栏这时工具将以动画的形式显示其运动状态。9) 任务提交；在验证了工具的运动正确性后，我们可以对当前设置进行任务提交进行计算。选择菜单栏系统就会弹出的计算窗口。(二) .应用eta/POST进行后处理1. 读入结果文件d3plot到eta/Post.2. 绘制变形过程。缺省的绘制状态是绘制变形过程。在Frame下拉菜单中，选择All Frames，然后单击play按钮进行动画显示变形过程。3. 绘制厚度（Thickness）变化过程。点击按钮进入厚度变化界面，观察在拉伸成型仿真过程中工件厚度变化分布云图以及最小厚度处。以下左图所示厚度（mm）变化数据；4. 绘制应变（Strains）变化过程。点击按钮进入应变变化界面，观察在拉伸成型仿真过程中工件应变变化分布云图，以上中图所示的应变（mm）变化数据。5. 绘制应力（Max_VonMises）变化过程。点击按钮进入参数变化选择界面，在中选择Stress-Strain，在副标题中选择进入等效应力观察界面，如上右图所示应力（MPa）变化数据。四、 拉深参数对成形过程和质量的影响规律分析；下面是通过拉伸成型数值模拟后得到的后处理参数的原始数据，通过这些原始数据我们可以来分析拉伸过程，随拉伸参数的变化，工件所受到的应力，应变以及厚度的变化。后处理原始数据后处理文件strain（mm）VONMISES（1000MPa）Thickness（mm）拉伸速度（m/s）摩擦系数压边力（10万牛）模具凹模圆角半径R1（mm）模具凹模圆角半径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*1031.8336.50.125213700230.2020.8121.69440.125213700310.2910.7811.74250.12529700320.4641.0981.60350.12526700330.7051.3621.38750.12523700410.2531.1071.65950.125213500420.4691.071.47250.125213300430.5331.2391.48450.125213100440.5361.1171.41850.12521321. 拉伸速度拉伸速度对拉伸成型有着重要的影响，下面是拉伸过程Dynaform模拟的后处理参数，对于拉伸速度的变化引起工件的应力，应变和厚度变化如下图（有表格中数据经过）所示。后处理文件拉伸速度（m/s）strain（mm）VonMises（1000MPa）Thickness（mm）002340.2020.8121.694000150.2451.0671.68002160.322.1461.69200222678.72*1031.8336.5 通过上面折线图我们能直观的了解到随拉伸速度的增大，应力应变都有明显上升，即应力应变越来越大，而厚度却不随拉伸速度的变化，以上表格中的第四组数据是在实验中由于拉伸速度过大而是工件发生破坏示意图如下。所以在拉伸成型过程中我们应当选合适的拉伸速度，以防拉伸速度过大而使工件所受的应力应变达到工件的极限状态而破坏工件。厚度(Thickness)破坏云图应变（Strain）破坏云图应力（VONMISES）破坏云图2. 摩擦系数摩擦系数对拉伸成型有着重要的影响，下面是拉伸过程Dynaform模拟的后处理参数，对于摩擦系数的变化引起工件的应力，应变和厚度变化如下图（有表格中数据经过）所示。后处理文件摩擦系数strain（mm）VonMises（1000MPa）Thickness（mm）00010.1250.2451.0671.6800110.150.2641.1011.65300120.1750.3291.1491.43600130.22.9161.5310.1 通过上面的折线图我们能直观的看到，摩擦系数的变化对应力应变及厚度都有重要的影响，随摩擦系数的增大工件成型过程中所受的应力应变显著增加，厚度显著减小，这样的变化带来的结果是工件将被拉穿，所以在拉伸过程中我们应当对工件与模具的接触表面加以润滑，以减小在成型过程中的工件应力应变及厚度的变薄。3. 压边力压边力对拉伸成型有着重要的影响，下面是拉伸过程Dynaform模拟的后处理参数，对于压边力的变化引起工件的应力，应变和厚度变化如下图（有表格中数据经过）所示。后处理文件压边力（10万牛）strain（mm）VONMISES（1000MPa）Thickness（mm）000120.2451.0671.68000230.31.0621.617000333.51.6871.1440.367000343.0511.6280.09 通过上面的折线图我们能直观的看到，压边力的变化对应力应变及厚度都有重要的影响，随压边力的增大工件成型过程中所受的应力应变显著增加，厚度显著减小，这样的变化带来的结果是工件将被拉穿，而我们在后处理中对拉伸坯料的成型过程中，当不用压边圈时，工件会出现常见的起皱现象，所以在拉伸成型过程中我们应当选用合适的压边力，一来以来防止起皱现象，二来防止被拉穿。4. 模具凹模圆角半径R1模具凹模圆角半径R1对拉伸成型有着重要的影响，下面是拉伸过程Dynaform模拟的后处理参数，对于模具凹模圆角半径R1的变化引起工件的应力，应变和厚度变化如下图（有表格中数据经过）所示。后处理文件strain（mm）VonMises（1000MPa）Thickness（mm）模具凹模圆角半径R1（mm）00330.7051.3621.387300320.4641.0981.603600310.2910.7811.742900010.2451.0671.6813 通过上面的折线图我们能直观的看到，模具凹模圆角半径R1的变化对应力应变及厚度都有重要的影响，随模具凹模圆角半径R1的增大工件成型过程中所受的应变递减，而应力有波动，但总体上是减小趋势，厚度开始随R1的增大递增快速，慢慢的当R1增大到一定程度变得平稳了，所以综上所述，模具凹模圆角半径R1越小对工件成型的影响越大，当小到一定程度，工件会被拉断。5. 模具凹模圆角半径R2模具凹模圆角半径R2对拉伸成型有着重要的影响，下面是拉伸过程Dynaform模拟的后处理参数，对于模具凹模圆角半径R4的变化引起工件的应力，应变和厚度变化如下图（有表格中数据经过）所示。 后处理文件strain（mm）VONMISES（1000MPa）Thickness（mm）模