基于Dyna的冲压不锈钢餐盘的CAE分析.doc

课程名称： 基于Dynaform的冲压不锈钢餐盘的CAE分析作者： 学号： 指导教师：摘要：本文简述了CAE技术在不锈钢餐盘冲压成形中的应用，通过对拉延工序进行冲压成形模拟分析，提前预知成形缺陷，并采取有效措施，进行工艺参数的调整与优化。实践证明，分析计算缩短了模具制造周期，减少了模具调试次数，节约了生产成本。关键词：CAE技术；冲压成形；模具调试1前言：许多金属冲压件具有外形尺寸较大，材料比较薄，型面起伏复杂，尺寸精度与表面质量要求较高，在拉伸成形过程中容易出现拉裂、起皱现象。模具调试过程中需要浪费大量的人力、物力和财力。近年来随着计算机技术的不断发展，CAE（计算机辅助工程）技术目前已经在各大模具厂广泛用于产品模拟分析、冲压板材成形过程分析。通过提前对产品可能出现的成形缺陷进行研究，预示冲压件冲压成形的可行性。根据理论上的模拟分析结果，提高产品工艺补充设计的合理性，减少模具实际调试次数，近而达到缩短模具制造周期、降低生产调试成本，提高企业生产效能，保证新产品及时投放市场。本文利用Dynaform分析软件,以不锈钢餐盘冲压成型分析为例，介绍CAE技术在金属件冲压成形的应用。2产品介绍：不锈钢餐盘可供餐厅、快餐店等使用外观优美，携带、洗涤方便，可重复使用不需丢弃，避免使用免洗餐具制造大量垃圾破坏环境，注重环保。本文采用餐盘尺寸如图1所示，材料为SS304，厚度1.0mm，整体来看，具有材料较薄，外形尺寸不大，拉延深度小，成型不是困难，但有部分型面形状变化大，有可能出现破裂，因此可先进行CAE分析，观察成型情况。3产品分析过程 三维数据的导入利用proe等CAD设计软件中对数学模型进行整理，确定相关材料、料厚及其偏置方向等相关参数，避免存在重叠面、尖角、漏洞等现象，包括冲压方向、工艺补充面等，而后导入Dynaform分析软件中，为了得到均匀规则的分析网格，提高分析精度，要进一步检查片体是否存在负角，并对局部尖角部位进行型面光顺，导入模型后如图2。图2 保存数据库点击下拉菜单“File” “Save as”，然后命名为“canpan.df”，点击“保存”。 板料反求 模型零件的网格划分。依次点击下拉菜单“BSE”“Preparation”“PART MESH”，打开对话框，各参数设置如图3。依次点击“Select Surfaces” “Displayed Surf” “OK”“Apply”“OK”“Yes”，完成网格化分。 图3 检查模型单元方向。依次点击下拉菜单“BSE” “MESH CHECH/REPAIR” “” “All Active Parts”，然后点击模型边缘的单元，如图4所示，如果和图中方向一样，则点击“Yes”表示接受，否则点击“No”。（即确保单元方向是指向模型外部的，可以认为是模型向外展开。）图4 模型零件的材料属性设置及反求计算。因制件内部无孔，可直接进行板料反求点击“BLANK SIZE ESTIMATE”打开对话框图5，点击“NULL”，打开对话框如图6。点击“Material Library”选择SS304/Type36，“OK”，Thickness数值设置为1.0，“Apply”，等待计算机计算结束，“EXIT”。反求结果如图7。 图5 图6 图7 反求结果的网格划分。依次点击下拉菜单“BSE”“Development”“BLANK GENERATION”，打开对话框如图8。选择反求出板料的边缘，“OK”，默认设置，“OK”。弹出图9对话框，“Yes”。 图8 图9 边界光顺并填充。点击“OUTER SMOOTH”，弹出对话框如图10，点击“Select Part”，弹出对话框图11，选择BLNK000 5，“OK”。“Create Boundary”，“Fill Boundary” “Exit”。 图10 图11 创建矩形包络。 点击“BLANK FITTING”“Select Line”，选择坯料边界，“Apply”，“Close”。完成结果如图12。图12 排样并输出报告。“BLANK NESTING”，打开对话框如图13，点击“Blank Outline（Undefined）”，选择矩形边界，默认设置，“Apply”。结果如图14。点击“Output Nest Report”，默认设置，“Apply”，输出排样报告，如图15，“Cancel”“EXIT”退出。图13图14图15至此，板料反求和排样就完成了。 拉延过程。 确定板料。点击工具栏的图层管理图标，隐藏BO_LINE 7以外的所有图层，“OK”。该图层上的既可作为板料。 创建压边圈和凸模。压边圈的创建有两种方法，一种是导入凹模后偏置出凸模，然后从凸模上分离出压边圈；另外一种是利用DFE模块创建压边圈。在此，我们使用第一种方法。A. 导入凹模并划分网格。点击下拉菜单“File”“import”，选择凹模文件“canpanaomo.igs”，确定。划分网格，点击菜单栏的“Preprocess”“Element”“”，参数设置如图16，点击“Select Surfaces”“Displayed Surf”“OK”“Apply”“Yes”。“EXIT”“OK”。最后结果如图17。图16图17B. 创建凸模和压边圈。a.新建一个层，依次点击菜单“Part”“Create”，命名为pouch，“OK”。b.检查单元方向。依次点击“Preprocess”“Model Check/Repair”“”“ALL ACTIVE PART”，选择凹模内表面，如果图中18箭头方向向上则点击yes，反之，点击no。(即确保单元方向是向内的，也就是向内偏置)图18c.偏移。用图层管理器隐藏除1OO10000 10和punch以外的所有图层。点击下拉菜单“Preprocess”“Element”“”弹出图19对话框，Type设置为offset，Thick设置为1.1，点击“Select Element”“Displayed”“OK”“Apply”“Exit”“OK”，退出操作对话框。 图19 图22 d.从凸模上选出压边圈。用隐藏punch以外的图层，点击工具栏图标变成图20的视图，新建一个层，依次点击菜单“Part”“Create”，命名为binder，“OK”。点击“Part”“AddTo Part”弹出图21对话框，点击“Element”弹出图22对话框，使用图标，选择凸模从边缘向内五个单元的部分，“OK”退出选择，再点击“Unspecified”，选择binder层，“Apply”，“Close”完成压边圈的选择。图20图21e.分离压边圈和凸模。点击下拉菜单“Part”“Separate”，选择punch和binder层，“OK”。f.修整凸模。用工具隐藏punch以外的图层，点击下拉菜单“Preprocess”“Element”“”， 使用图标选择凸模从边缘向内一个单元的偏移距离，“OK”，然后点工具栏的，删除多余的孤立节点。完成结果如图23。图23 板料划分网格。首先将板料图层BO_LINE 7设置为当前层。点击屏幕右下角的Curren Part，然后选择BO_LINE 7图层。下一步点击下拉菜单“Tools”“Blank Generator”“BOUNDARY LINE”，选择板料边界，“OK”，默认设置，“OK”“Yes”完成网格划分如图24。图24 定义板料。点击下拉菜单“Tools”“Define Blank”，弹出图25对话框，点“Add”弹出图26对话框，选择BO_LINE 7板料图层，“OK”，返回图25界面，点击Material设置的“None”，弹出图27对话框，从材料库“Material Library”选择Type36/SS304材料，“OK”返回图25对话框，设置Property，点击“None”，弹出图28，点击“NEW”，弹出图29，各参数设置如图29中所示，“OK”退出板料定义。 图25 图26 图27 图28图29 定义工具。用图层管理器打开1OO10000 10 、BO_LINE、punch和binder图层。点击下拉菜单“Tools”“Define Tools”，弹出图30对话框，分别定义Die、Punch和Binder。定义Die，点击“Add”选择1OO1000图层，“OK”；定义Punch，选择Tool Name里的Punch，点击“Add”，选择Punch图层，“OK”；定义Binder，选择Tool Name里的Binder，点击“Add”，选择Binder图层，“OK”。 图30 图31 凸模、凹模和压边圈的定位。因为餐盘深20mm，所以我们将凸模上移22mm。点击下拉菜单“Tools”“Position Tools”“Move Tool”弹出如图31对话框，选择PUNCH和Z Translation，在Distance设置里输入22，“Apply”“OK”。完成后如图32图32 定义凸模运动行程曲线。点击下拉菜单“Tools”“Define Tools”弹出图33对话框，Tool Name选择PUNCH，然后点击“Define Load Curve”，弹出图34对话框，如图中所示Curve Type选择Motion，方向选择Z轴，点击“Auto”，弹出图35对话框，各参数设置如图中所示，其中Stroke Dist的数值-22，因为是向Z轴负方运动，所以加上负号。“Yes”确定设置。弹出图36速度时间图像，点击“OK”确认完成。 图33 图34 图35 图37图36 定义压边圈压力的加载曲线。 返回图33对话框，Tool Name选择Binder，然后点击“Define Load Curve”，弹出图37对话框，如图中所示Curve Type选择Force，方向选择Z轴，点击“Auto”，弹出图38对话框，各参数设置如图中所示，“OK”退出设置。（负号也是因为考虑了压力方向）图38 观看运动动画。点击下拉菜单“Tools”“Animate”“Play”，确认无误后“Stop”退出。 有限元计算分析。点击下拉菜单“Analysis”“LS-DYNA”弹出图39对话框，Analysis Type选择Full Run Dyna，“OK”，开始计算。在此期间可以按下Ctrl+C，输入sw2，回车，查看计算用时，如图40。 图39 图40 模拟分析结果研究 进入后处理模块。点击下拉菜单“eta/Post”“Yes”进入后处理模块界面，然后点击下拉菜单“File”“open”选择d3plot结果如图41图41 观察带FLD的板料变形过程。使用图层管理器关闭板料以外的图层，然后点击，然后在图42中Frames类型选择Single Frame，可逐个点击每一帧观察板料成型情况，现在我们要观察最后成型情况，选择最后一帧，结果如图43图42图43根据模拟结果，对FLD（成形极限图）进行研究，发现边缘有些处于临界起皱状态，在实际生产中对产品质量和使用影响不是很大，而且在下一道的切边工序中会进行切边修整。中间大部分属于安全成型区域，也无拉裂现象，也就是说此产品在成形极限图的研究下可以成型。 观察板料变薄情况。点击工具图标，其他步骤参考上一步，结果如图44.图44 由图中结果可看出，在边缘厚度1.01mm，起皱情况可以忽略。在底部有几个角的厚度变成了0.804mm，材料减薄量在30%以内，我们可以认为没有拉裂，因此，从坯料成型变薄情况来看，产品也可以成型。 制作凸模冲压力位移的曲线。a.点击图标打开图45界面，点击“Load”选择文件rbdout打开。如图46选择Z-displacement，然后点击“Plot”，结果如图47所示，点击“Save”输入文件名“weiyi.gr”保存。关闭图47界面，再次点击“Load”选择rcforc文件打开，如图48选择Z-force，然后点击“Plot”，结果如图49，点击“Save”，输入文件名“chongyali.gr”保存。图45 图46 图47 图48 图49 b用excel进行编辑。打开excel，选择打开文件“weiyi.gr”，弹出图50设置对话框，选择固定列宽，然后一直点击“下一步”直至“完成”，此时可看见B列数据无法显示，只需将B列的单元格格式设置为“常规”即可显示完整数据，复制B列的有用数据至一个新建的名为“dis-force”的excel表格的A列。 c.类似上一步，用同样的方式打开“chongyali.gr”文件，并设置B列单元格格式为“常规”，同时复制本文件B列的有用数据数据到“dis-force”文件的B列。 d. 点击插入图表工具，选择平滑线散点图，如图51，数据区域选择表中的A、B两列，点击下一步，如图52所示输入标题、X和Y轴的名称，“完成”，结果如图53。因为凸模的冲压力和位移都是沿Z轴负方向，所以力和位移都有负号。图50图51图52图53 结束语通过近年来CAE分析技术的有效实施，提高了冲压工艺水平与模具设计质量，缩