基于Abaqus的冲压模具仿真

1、 板件冲压成型分析 一、背景描述 当前，制造行业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向开展。 由于新产品、 新技术的开发本钱太高、开发时间过长，加上开发成果没有保障，越来越多的公 司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。采用 ABAQUSABAQUS 对加工工艺进 行模拟有着诸多优点： 1.1. 数值模拟减少了耗时的原型实验，缩短了产品投放市场的时间； 2.2. 合理的参数设计可以降低对工件的损耗； 3.3. 合理的坯料设计，减少了飞边，也减少原材料的浪费； 4.4. 对模具的设计、加工提供合理建议； 5.5. 优化加工过程，提高产品成型质量； 采用 ABAQUSABAQUS 进行仿真模拟的目

2、的： 1.1. 节约开发本钱 2.2. 加快研发速度 3.3. 提高产品质量 二、问题描述 1 1、本实例是关于板件的冲压成型仿真模拟，图 1 1 为拉延模具三维实体，图 2 2 为模具上模的刚性实体,图 3 3 为模具下模的刚性实体,图 4 4 为模具压边圈的刚 性实体，图 5 5 为毛坯的初始形状，其中定义上模、压边圈、下模为离散刚性的， 即在模拟过程中假设这几个部件不发生变形，只有毛坯件发生变形，完成冲压， 在分析过程中定义毛坯为可变性的。 图1拉延模三维模型 图2模具上模刚性实体 图3模具下模刚性实体 图4压边圈刚性实体 图5毛坯初始形状 2 2、将上述模具四局部进行装配，其中上模在最

3、上端，下模在最下端，压边圈 在下模上，毛坯在压边圈下方下模上放着，在模具冲压的过程中，下模固定不动, 由上模向下运动来实现板料的冲压成型，压边圈在上模下压之前已将将板料压 紧，防止板料在拉伸的过程毛坯申动，和提高拉伸后型面质量。拉着板料的边缘, 使拉伸时板料不易起皱。下列图 6 6 模具为在 abaqusabaqus 中的装配体。 3 3、定义毛坯的材料届性，进入届性模块，定义新材料名称为 steel,steel,该材料的 密度为7.85E7.85E- -9,9,杨氏模量为 210000,210000,泊松比为 0.31,0.31,定义塑性届性为图 7 7 所示, 图7材料的属性定义 4 4、

4、创立截面类型别壳，类型为均质的截面，同时将截面特性赋予给毛坯。定义 如下列图8 8 所示：True stress (MPa) Log plastic strain 91 0.0 131 0.159 10-2 171 0.649 10-2 211 -1 0.177 10 251 -1 0.395 10 291 -1 0.776 10 331 0.139 391 0.295 图6模具装配体 5 5、定义求解时的分析步，总共定义 3 3 个分析步，第一个分析步为压边圈向下移 动 10mm10mm，使压边圈和毛坯接触。第二个分析步为压边圈向下移动 1.0*E1.0*E- -01mm,01mm, 使压边

5、圈能够紧紧的压着毛坯，在冲压的过程中能拉紧毛坯，使毛坯不易起皱。 第三个分析步为上模冲头向下移动 5 50mm,0mm,完成冲压过程。如图 9 9 所示： 分析步定义的类型为动力、显式的，时间长度为 0.001,0.001,几何非线性翻开。 如图 1010 所示：图8赋予板料单元属性 名祢！ yabinquan-10 橐型：动力.我 Jtft | 纸祢具它 捕述： 时间栓度：0.001 几陷E连性：开 图10分析步时间长度定义 6 6、进入相互作用管理器，创立摩擦的相互作用届性，定义接触届性名称为 fric,fric, 选择力学-切向行-摩擦公式，选择罚，定义摩擦系数为 0.1,0.1,如图

6、1111。 gEi 购家 ffl 枷亍成力|维晌 Dirtctionality： 吾同回性 枷异也归罔于 ndird| E 邮堂醐皿 E值.用与制t柜矢的M 1SEXSB； 0 : 0.1 7 7、定义相互作用，分别定义三个接触，第一个是上模和毛坯下外表的接触作用， 第二个是下模和毛坯下外表的接触作用,第三个是压边圈上外表和毛坯下外表的 接触作用。着三个相互作用在拉伸过程中真实的模拟毛坯沿切向的摩擦滑动。 如 图 1212 所示：图11定义接触属性 定义接触属性 图12创立接触局部的相互作用 8 8、进入约束管理器，创立上模、下模、压边圈的约束，使上模、下模、压边圈 在仿真的过程中以刚体的形式

7、进行仿真， 即不发生弹性形变，且定义参考点，参 考点为之前定义的参考点。过程如图 1313 所示： 图13创立刚形体参考点约束 8 8、划分网格，由丁定义的是离散刚体，所以需要对离散刚体进行网格划分，同 时毛坯件也需要网格划分，离散刚体和毛坯的网格尽量小一些，这样可以更准确 的模拟真实的变形情况。对上述部件进行网格划分后，应当对网格的单元类型进 行定义，该实例中，定义毛坯的单元类型为显式、壳单元 S4R,S4R,离散刚形体的单 元类型为显式、离散刚性单元 R3D4R3D4。毛坯和离散刚形体的选择情况分别如图 14 14 和 1515 所示： 图15选择单元类型 9 9、定义边界条件，为之前创立

8、的分析步创立边界条件，分别创立下模的完全固 定边界条击思二典旦甦槊3 17 r I umvi* It i 3 ! - 而记技* ：伽 X 检 治盅扇雅廊盅思慰!&理&醍麒翌费 牌坦!薛制罚, 图14网格的划分情况 . n; 件、上模的沿 Y Y 轴下移的边界条件、压边圈下移的边界条件、毛坯沿 X X 轴固定的边界条件。创立的边界条件应和分析步相一致。如图 1616 所示： 图16定义运动的边界条件 1010、创立作业，进行求解。 图 1717 为板件冲压过程中金属板中 MisesMises 应力分布云图 图17冲压过程应力分布云图 图19成型分析动能历史 11 图 1818 为

9、冲压结束金届板中 MisesMises 应力分布云图 图18板件成型应力分布云图 从应力分布云图中可以看出，板件在拉伸过程中两个圆弧处发生了很大的塑 性变形，由此可能造成的结果是板件的拉裂和变薄， 对板件的最终质量产生不利 影响。板件中间部位在拉伸的过程中产生了收缩， 中间部位在成型后板件厚度方 向上变形量不是很大，板件两端没有产生大的收缩，板件的凸处是靠塑性变形产 生的。 在拉伸开始前，给予压边圈一个向下的位移，使压边圈压紧板料，之后拉伸 时压边圈靠摩擦力拉紧板料，使成型过程中不易起皱。 图 1919 为拉伸过程中整个模型的动能历史曲线。 数据如下列图20: 12 名取Eip.l X Y *

10、 S 2.01421E-0Q5 249874E-008 2.W873E-0D5 Z036E4E-M8 7 3.00303E-005 1.9-5491E-MI8 S 3.51322E-005 l,a4664E-008 3 4.00731E-005 L74254E-008 10 4.W13LE-005 L7QE9E-M8 11 5.01117E-D05 1.6448E-OTB 12 5 ,知5044005 155519E-008 13 6.01479E-005 147458E-008 14 &SOS58E OM 1.44854E-M8 15 7.OT233E-OO5 1.4372E-008 16 7.51199E-0