材料成型Dyna综合实验.doc

目 录一、实验过程报告21、实验目的22、实验内容23、实验用具24、实验步骤35、实验材料（铝合金Ly12）性能分析36、影响材料冲杯实验结果的因素37、实验数据3二、用DYNAFORM软件模拟实验过程中的拉深试件41、创建三维模型42、数据库操作5(1) 创建DYNAFORM数据库5(2) 导入模型5(3) 参数设定63、网格划分7(1) 毛坯网格划分7(2) 工具网格划分94、传统设置10(1) 从PUNCH零件层单元网格等距偏移出DIE零件层单元网格10(2) 创建BINDER层及网格划分11(3) 分离PUNCH和BINDER层13(4) 定义工具13(5) 定义毛坯，设置工艺参数14(6) 自动定位工具15(7) 测量PUNCH的运动行程17(8) 定义PUNCH运动曲线18(9) 定义压边圈（BINDER）的压力曲线205、设置分析参数及求解计算216、后置处理227、模拟结果分析24(1) PUNCH的运动位移曲线24(2) BINDER的压力载荷曲线24(3) 零件的最终外形图25(4) 最终零件的壁厚变化分布图25(5) 最终零件的FLD图268、实验结果模拟分析26(1) 不同直径毛坯的成形极限图26(2) 不同直径毛坯的厚度分布图29(3) 不同直径毛坯的平均应力分布图32一、实验过程报告1、实验目的（1）掌握最小拉深系数的测定方法。（2）认识起皱、拉裂现象及其影响因素。（3）熟悉掌握dynaform软件操作方法，熟悉板料成形模拟原理。2、实验内容（1）拉深系数m是每次拉深后圆筒形件的直径与拉深前坯料（或工序件）直径的比值。由公式m=d/D计算。由上式可以看出，m值越小，表明拉深前后的直径差越大，也就是该次工序的变形度越大。如果拉深系数m值取得过小，就会使拉深件起皱、拉裂或严重变薄超差。因此拉深系数有一个客观的界限，这个界限就叫极限拉深系数。（2）本次实验是测定材料的最小拉深系数。（3）拉深件的质量问题主要是起皱和拉裂。（4）板料在拉深时，变形区的失稳会导致起皱。材料起皱时会增大拉深力、降低拉深件质量，有时会损坏模具和设备。影响起皱的主要因素有：坯料的相对高度t/D，拉深系数。（5）圆筒件在拉深时还有可能因径向力而拉裂。产生拉裂的原因可能是由于凸圆起皱时使径向拉应力增大；或者是压边力过大，使增大，或者是变形程度增大。3、实验用具（1）材料试验机（2）实验模具：凸模直径dp=34.76mm 凸模圆角半径r=2mm 凹模直径Dd=36.92mm（3）试样：to=0.81.2mm的钢板、铝板等。（4）工具：卡尺、圆规和铁剪等。（5）实验地点：材料馆243教室4、实验步骤（1）将剪下的圆形试片夹紧在凹模和压边圈之间，并保证试片与凹模中心重合。（2）放入凸模，然后将整个实验模具放置在材料试验机的工作台面上。（3）启动试验机慢慢加压，注意观察压力指针的移动，当指针从最大压力值开始回转时，应立即关闭电源打开回程阀门（4）放下实验模具，取出实验试片检查。（5）试片侧壁无拉破现象，应加大试样直径否则，应减小试片直径。（6）重复上述步骤，直径取试片侧壁无拉破时可以拉深成功的最大毛坯直径Dmax（7）按上述方法和步骤，对其他材料进行实验。5、实验材料（铝合金Ly12）性能分析Ly12为铝-铜-镁系中的典型硬铝合金，综合性能较好。该合金的特点是：强度高、有一定的耐热性，具有很高的强度和良好的切削加工性，但耐腐蚀性较差。广泛应用于飞机结构（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件和其他各种构件。6、影响材料冲杯实验结果的因素材料性质、材料厚度、毛坯直径、有无压边装置、压边力大小7、实验数据序号凸圆直径毛坯直径毛坯厚度拉深系数有无压边装置是否起皱是否拉裂134.76501mm0.6952有否否234.76531mm0.6558有否否334.76551mm0.632有否否434.76571mm0.6098有否否534.76601mm有（减小压边力）否是634.76641mm有（减小压边力）是是734.76681mm有（减小压边力）是是834.76701mm有（减小压边力）是是材料（ Al(Ly12) ）极限拉深系数：0.6098二、用DYNAFORM软件模拟实验过程中的拉深试件1、创建三维模型利用CATIA、PRO/E、SolidWorks或者Unigraphics等CAD软件建立上模PUNCH（实际为上模PUNCH和压边圈BIDER的集合体）和毛坯BLANK的实体模型，如图1和2所示。将所建立的实体模型的文件以“*.igs”的格式保存。由于所建立的上模在成型过程中与制件的内表面相接触，所以其几何尺寸与制件的内表面尺寸相一致。图1 上模实体模型图（筒形件.igs）图2 毛坯实体模型图（筒形件毛坯.igs）2、数据库操作(1) 创建DYNAFORM数据库启动DYNAFORM软件，选择文件/另存为菜单选项，修改文件名，将所建立的数据库保存在自己设定的目录下。(2) 导入模型选择文件/导入菜单项，将上面所建立的“*.igs”模型文件导入到数据库中，如图3所示，选择零件层/编辑菜单项，弹出如图4所示对话框。编辑修改各零件层的名称、编号、和颜色，将毛坯层命名为BLANK，将上模层命名为PUNCH,单击确定按钮确定。图3 导入模型文件图4 编辑零件层对话框(3) 参数设定 选择工具/分析设置菜单项，弹出如图5的对话框，按图示设置各参数：图5 分析参数设置对话框3、网格划分(1) 毛坯网格划分确保当前为毛坯零件层，选择工具/毛坯生成器菜单项，弹出如图6对话框。单击图中曲面选项，弹出如图7对话框，将鼠标置于绘图区单击毛坯件选中，弹出如图8对话框，设定网格大小的参数值为0.5，单击确定后再单击确定，得到的毛坯网格如图9所示。 图6 图7 图8图9 毛坯单元网格 图10 单元工具栏 图11 曲面网格化对话框(2) 工具网格划分设定当前零件层为PUNCH层，选择预处理/单元菜单项，弹出如图10所示工具栏，单击按钮（曲面网格化），弹出如图11的对话框，设定最大尺寸为2，其他各项的值采用默认值。单击零件层按钮，选择需要划分的曲面，如图12和13，最后所得到的PUNCH单元网格如图14所示。 图12 选择划分网格的曲面 图13 选择PUNCH层划分网格图14 PUNCH划分单元网格4、传统设置(1) 从PUNCH零件层单元网格等距偏移出DIE零件层单元网格选择零件层/创建菜单项，新建一个零件层DIE作为下模零件层，此时系统自动将新建的零件层设置为当前零件层。选择预处理/单元菜单项，弹出如图15所示工具栏，单击（复制）按钮，弹出如图16所示对话框。选择类型为Offset，关闭原始零件层复选框，Thick项参数的设定值为板厚值加上其值的10%，即1.1。单击选择单元，弹出如图17选择单元对话框，再单击显示，最后单击确定、应用，所得到的结果如图18所示。 图15 单元工具栏 图16单元复制及参数设置 图17 单元选择工具栏图18 单元复制结果(2) 创建BINDER层及网格划分选择零件层/创建菜单项，弹出如图19的对话框。创建一个新零件层BINDER作为压边圈零件层，同时系统自动将新建的零件层设置为当前零件层。选择添加.到零件层菜单项，弹出如图20所示对话框。单击单元按钮，添加网格到BINDER零件层，弹出如图21所示对话框。单击扩展按钮，与角度滑动条配合使用，滑动1，选择绘图区零件的平面，相邻的单元就被选中。选择BINDER为目标零件层，如图22所示，最终网格划分的结果如图23所示。 图19 创建BINDER零件层 图20 添加.到零件层对话框 图21 选择单元对话框 图22 选择零件层对话框图23 最终网格划分的结果(3) 分离PUNCH和BINDER层选择零件层/分离菜单项，弹出如图24所示的对话框，分别单击PUNCH和BINDER零件层，然后单击确定按钮结束分离。图24 分离PUNCH和BINDER零件层对话框(4) 定义工具选择工具/定义工具菜单项，弹出如图25的对话框。在工具名称下拉列表框中选择Die，单击添加按钮，弹出如图26的对话框。选择需要定义的Die零件层后，单击确定按钮确定。同理分别选择工具名称中的Punch和Binder，依次定义Punch和Binder工具。 图25 定义工具对话框 图26 DIE工具的指定(5) 定义毛坯，设置工艺参数选择工具/定义毛坯菜单项，弹出如图27所示的对话框。单击添加按钮添加BLANK零件层到包含零件层列表框中。单击材料选项的None按钮，弹出如图28的对话框，从材料库中选择所需材料类型（st16）。单击属性选项的None按钮，弹出如图29的对话框，单击新建按钮出现如图30的参数设定对话框，采用系统默认设置。最终毛坯工艺参数的设定值如图31所示。 图27 定义毛坯对话框 图28 材料对话框 图29 属性对话框图30 属性项参数设定对话框(6) 自动定位工具选择工具/定位工具/自动定位菜单项，弹出如图32所示的对话框。设定主工具为BLANK，从动工具为PUNCH、DIE和BINDER，接触间隙设为1.0mm，最后得到的各个工具的位置图如图33所示。 图31 毛坯工艺参数设定 图32 自动定位工具对话框图33 工具自动定位结果(7) 测量PUNCH的运动行程选择工具/定位工具最小位移菜单项，弹出如图34所示的对话框，选择要测量距离的PUNCH和DIE两个工具，得到的距离为52mm，这是下一步设定PUNCH运动曲线的依据。图34 PUNCH运动行程测量对话框(8) 定义PUNCH运动曲线选择工具中的定义工具菜单项，弹出如图35所示的对话框。在工具名称下拉列表中选择PUNCH，单击定义接触按钮，弹出如图36所说的对话框，对PUNCH的接触参数进行设定，此处采用系统的默认值。单击定义加载曲线按钮，弹出如图37所示的对话框，选择曲线类型为运动，单击自动按钮弹出如图38所示的对话框。设定运动速度为2000mm/s，运动位移为50mm，最终设定PUNCH运动位移曲线如图39所示。 图35 定义工具对话框 图37 工具加载曲线对话框 图36 工具接触对话框 图38 运动曲线对话框(9) 定义压边圈（BINDER）的压力曲线在图35中的工具名称下拉列表中选择BINDER选项，同上所述设定BINDER的接触参数，采用系统默认值。单击定义加载曲线按钮，在图37中选择曲线类型为作用力，单击自动按钮弹出如图39所示的对话框，设定BINDER的压边力为10000N。图39 作用力/时间曲线对话框5、设置分析参数及求解计算选择分析/LSDYNA菜单项，弹出如图40所示的对话框，分析类型设为Full Run Dyna，控制参数项中勾选Dynain输出，其他设置采用系统默认设置，最后单击确定按钮开始进行后台的模拟计算，如图41所示。图41 模拟分析计算窗口 图40 分析对话框图 42 变形过程的绘制6、后置处理1、单击菜单栏中的后处理进入DYNAFORM后处理程序。选择文件/打开菜单项，浏览保存结果文件的目录，选择d3plot文件，单击打开按钮读入结果文件。2、单击如图42所示的两个工具按钮 ，可绘制成型过程中的毛坯厚度的变化过程和零件的成形极限图。7、模拟结果分析(1) PUNCH的运动位移曲线（x：时间 y：运动