abaqus钣金冲压成型例题讲解II

1、钣金成型例题讲解II一、背景在上一章中，我们针对ABAQUS模拟成型问题的过程进行了详细的介绍，其中最重要的环节莫过于用户对于实际问题的物理过程的把握。在成型工艺上，过去很多生产厂习惯于一次成型完毕，好处是成型时间短、生产进度快，免去了二次成型的麻烦，但不足之处是操作人员多，劳动强度大，质量不易控制。随着加工技术的不断发展，成型件的尺度不断加大，一次成型的弊端日渐引起重视。为了保证质量，有的单位采用了国外常用的多次成型法，即成型件的最终形状分为若干个成型步来完成，每次成型其中的一部分。很多实际钣金件的成型加工过程都是经过若干次成型来完成的，这些多次加工过程中，最简单的情况就是二次成型过程。这种

2、加工方法的好处是质量容易控制，但也存在一些问题如施工周期长，需采用专用的适于多次成型的模具，因而，在批量小、模具少的情况下不宜采用。本章我们将对更为复杂的成型问题进行重点描述，经过本章例题的操作，用户将对ABAQUS在钣金成型方面的应用有更为深刻的认识。二、问题的描述本例题所模拟的问题，是某实际钣金成型件的实际加工过程。该过程包括两次成型分析，而实际的模拟步骤分为七步来完成：1.定位第一套模具的空间位置；2.定位坯料在第一套模具上的相对位置；3.进行第一次成型；4.成型之后第一套模具的上下模分离；5.定位初次成型之后的半成品料在第二套模具上的相对位置，为了使用户视图区域简洁明了，我们在该分析步

3、中人为的加入一个操作，即移开第一套模具，让第二套模具在试图前部；6.进行第二次成型；7.成型之后第二套模具上下模分离。图1为钣金件实际成型后的形状，图2为第一套模具示意图，图3为第二套模具示意图。首先，我们将通过ABAQUS/CAE完成图4所示的装配图，其中平面铝板将被冲压成型为图1的结构。图1图2图3图4三、建立模型3.1创建第一套成型模具1、首先运行ABAQUS/CAE，在出现的对话框内选择Create Model Database。2、在主菜单model中命名新建模型为two step，并保存文件为twostep.cae。3、从Module列表中选择Part，进入Part模块。4、选择P

4、artCreate来创建一个新的零件。在提示区域会出现这样一个信息。5、CAE弹出一个如图5的对话框。将这个零件命名为smoothbot，确认Modeling Space、Type和BaseFeature的选项如下图。输入300作为Approximate size的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。图56、在左侧工具条上点击标 ，连接（-100,0）和（-60,0）点、（60,0）和（100,0）点，采用 依次点击下面三个坐标点（0,25）、（60,0）、（-60,0）。点击按钮Done，在弹出的对话框中输入拉伸长度为40，创建拉伸壳，如图6所示。图67、在

5、工具图标上选择 ，按住SHIFT键用鼠标左键选择图6中圆弧面和平面之间的两段边界线，点击done按钮。在快捷区输入5.0作为倒角的半径，回车。生成的三维图形如图7所示。图78、保存文件。9、仿照我们前面的操作，生成如图8所示的几何图形，将其命名为：smoothtop。它的基本属性：Modeling Space、Type和BaseFeature的选项跟smoothbot相同，拉伸深度也是40个单位，有圆倒角处倒角半径为5个单位，不同的地方为其圆弧面的半径比smoothbot小2.2个单位，以保证成型过程中坯料在上下模之间的空间；左右两个竖直平面的高度为20个单位。图810、保存文件。3.2创建第

6、二套成型模具1、选择PartCreate创建新零件。2、在弹出的对话框中输入名字：tectbot，选择3D、Discrete rigid、Shell、Extrusion。输入300作为Approximate size的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。3、在左侧工具条上点击 ，顺序连接以下诸点：（-100,60）、（-60,60）、（-60,20）、（-30,20）、（-30,0）、（30,0）、（30,20）、（60,20）、（60,60）、（100,60）。点击按钮Done，在弹出的对话框中输入拉伸长度为40，创建拉伸壳，如图9所示。4、在相应的转折边界

7、进行倒圆角操作，其中圆角半径大小分别为4个单位和8个单位，左右对称，生成的图形如图10所示。5、保存文件。6、仿照我们前面的操作，生成如图11所示的几何图形，将其命名为：tecttop。它的基本属性：Modeling Space、Type和BaseFeature的选项跟tectbot相同，拉伸深度也是40个单位，有圆倒角处倒角半径与前面设置相同，不同的地方为其各部分线段的长度，使得当它与tectbot配合使用时，其间隙大小为2.2个单位。因此，顺序连接的坐标点分别为（-100,60）、（-57.8,60）、（-57.8,20）、（-27.8,20）、（-27.8,0）、（27.8,0）、（27

8、.8,20）、（57.8,20）、（57.8,60）、（100,60）。7、保存文件。图9 R=4 R=8图103.3生成平板模型deform1、从主菜单中选择PartCreate来创建冲压坯料平板。2、在弹出的对话框中输入名字：deform，选择3D、Deformable、Shell、Extrusion。输入300作为Approximate size的值，点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。3、采用图标 创建一条线段，两个端点的坐标分别为（-100，0）、（100，0）。点击Done按钮，在弹出的对话框的拉伸深度中填入30，点击OK。生成的图形如图11所示4、保

9、存文件。图113.4创建材料、进入Property模块，在主菜单中选择MaterialCreate来创建一个新的材料。、在Edit Material对话框，命名这个材料为Material-1，选择MechanicalDensity，在密度栏中输入4.55 E-9；选择MechanicalElasticity Elastic，在杨氏模量中输入210000，输入0.4作为泊松比；选择MechanicalPlasticity Plastic，在Data栏中对应位置输入下表中的数据。击OK，退出材料编辑。表一：材料塑性属性True stress (MPa)Log plastic strain41.82

10、642036046.357615890.000291.321017780.0004139.42140120.0006204.25235270.0009229.69675850.0010125271.87173230.0012294.17915650.0013344.02230740.001525360.05576860.0016409.20181250.001825469.50156850.0021522.48170090.00235541.65214360.00245557.68560470.00255595.32938310.010425635.41303590.02095659.1146

11、7410.03333、从主菜单中选择SectionCreate，在Create Section对话框中定义这个区域为Section，在Category选项中接受Shell作为默认的选择，在Type选项中接受Homogeneous作为默认的选择，点击Continue。4、在出现的Edit Section对话框中选择Steel作为材料，输入2.0作为Plane stress/strain thickness，并点击OK。5、在Part中选择deform，从主菜单中选择AssignSection，选择整个Part，ABAQUS将会把你选择的区域高亮化，在对话栏点击Done，在出现的Assign Se

12、ction对话框中点击OK。6、保存文件。3.5零件组装1、进入Assembly模块，从主菜单中选择InstanceCreate，在Create Instance对话框中选中零件：deform、smoothbot、smoothtop、tectbot、tecttop，点击OK，如图12所示。图122、从主菜单中，选择InstanceTranslate，选中零件tectbot，提示栏区域会提示选择平移的起始点，在其右侧的文本框可以看到默认的坐标点（0.0,0.0,0.0），接受该默认值点击鼠标中键或直接按回车键。提示栏区域会提示选择平移的终点，在文本框里面输入坐标点（0.0,-60,-100）按回

13、车键或在试图区直接点击鼠标中键。同理，采用上述操作，将零件tecttop以（0.0,0.0,0.0）指向（0.0,-57.8,-100）的矢量平移，将零件deform以（0.0,0.0,0.0）指向（220.0,1.0,5.0）的矢量平移。得到的最终装配图如图13所示。图133、保存文件。3.6定义分析步1、进入Step模块，从主菜单中选择StepCreate，命名这个分析步为positionpunch1，接受默认的Procedure type，选择Dynamic，Explicit，点击Continue。在出现的Edit Step对话框中，在Time period栏中输入0.0001，接受其它

14、默认选择，并点击OK，创建第一个分析步；同理，依次创建分析步：positionblank1、forming1、seperate1、positionblank2、forming2、seperate2。分析步类型均为“Dynamic，Explicit”，时间步长分别为：0.0001s、0.04、0.0001s、0.0001s、0.06s、0.0001s。打开分析步管理器，可以看到如图14所示的整个分析流程：图142、从主菜单中，选择ViewAssembly Display Options，弹出如图15所示的对话框，选择Instance功能页，点击Visible的选择框，保证只有deform-1被选

15、中，点击OK。图153、在主菜单选择ToolsSetCreate，命名将要生成的节点集为blank，在视图中用鼠标拉出一个矩形，确定将deform零件的顶点和边全部选中，点击提示栏区的Done按钮。重复创建节点集的过程，将所创建的零件分别创建为smoothbot、smoothtop、tectbot、tecttop节点集，将deform零件的两条长边创建为xblank节点集。图164、从主菜单中，选择ToolsReference Point，分别选择如图所示的点为参考点，分别命名为：smoothbotRP、smoothtopRP、tectbotRP、tecttopRP。并将这些参考点分别生成对应

16、的节点集，节点集名字对应为：smoothbotRP、smoothtopRP、tectbotRP、tecttopRP。5、在主菜单选择ToolsSurfaceCreate，将零件smoothbot的上表面定义为成型过程中将要发生接触的表面，命名为：smoothbot；同理，零件smoothtop的下表面对应为smoothtop、零件tectbot的上表面对应为tectbot、零件tecttop的下表面对应为tecttop、零件deform的上下表面分别对应blankbot和blanktop。图17所示为定义的所有表面，图18所示为定义的所有节点集。6、在主菜单中选择ToolsPartition，

17、Type栏选择：Face，Method栏选择：Use shortest path between 2 points，点击OK，依次选择零件deform的两个长边中点，点击Create Partition。选择ToolsSetCreate，命名刚刚生成的分割线为zblank节点集。图17图186、从主菜单中，选择OutputField Output RequestsCreate，在出现的对话框中输入名字：thickness，点击Continue，在Edit Field Output Request中设置如图19所示。7、保存文件。图193.7定义表面和相互作用1、进入Interaction模块，

18、选择InteractionPropertyCreate，在Creat Interaction Property对话框中输入名字：Fric，并点击Continue，点击Mechanical，点击Tangential Behavior，在Friction formulation下拉菜单中选择Penalty，在Friction Coeff处输入0.1，接受其它的默认选择，最后点击OK。2、由于坯料跟第一套模具接触关系是在forming1分析步开始建立的，跟第二套模具的接触关系是在forming2分析步开始建立，而其他的分析步均没有接触发生，因此，可以依照下图20所示的管理器示意图分别定义各个接触对，

19、接触类型为：surface-to-surface contact(Explicit)，其中，命名为smoothbotblankbot的接触对分别选择smoothbot表面和blankbot表面，命名为smoothtopblanktop的接触对分别选择smoothtop表面和blanktop表面，命名为tactbotblankbot的接触对分别选择tactbot表面和blankbot表面，命名为tacttopblanktop的接触对分别选择tacttop表面和blanktop表面；接触属性均为上一步创建的Fric属性。图203、从主菜单中选择ConstraintCreate，输入名字smooth

20、bot，选择Rigid body，点击Continue，出现图21所示的对话框。选择Body（elements），点击Edit按钮，在提示栏中点击Sets按钮，选择节点集smoothbot，在Edit Constraint对话框中点击Reference Point栏的Edit按钮，选择smoothbotRP参考点。点击OK。4、类似第3步，继续定义刚体smoothtop、tectbot和tecttop，对应节点集分别为smoothtop、tectbot和tecttop，对应参考点分别为smoothtopRP、tectbotRP和tecttopRP。打开管理器，可以看到如图21-1所示的对话框，

21、双击每一个刚体的定义，或者选中该刚体的名称，点击编辑按钮，都可以看到类似图21-2的对话框，检查它们的定义是否一一对应。图21-1图21-22008-5-305、为刚体定义质量点。在主菜单中选择SpecialInertiaCreate，在Name栏输入point_mass，在Type栏选择Point mass/inertia，点击Continue，在视图选择smoothbotRP、smoothtopRP、tectbotRP和tecttopRP，在提示栏区点击Done按钮，在随后弹出的对话框中，在质量栏输入1.0E-11，在转动惯量栏分别输入1.0、1.0、1.0。点击OK按钮。6、保存文件。3

22、.8定义边界条件1、进入Load模块，在主菜单中选择ToolsAmplitudeCreate，命名为：Amp-1，Type栏选择Smooth step，然后点击按钮Continue，输入如图22-1对话框中的数值，点击OK按钮完成操作；同理，创建Amp-2、Amp-3，Type栏选择Smooth step，输入如图22-2、22-3对话框中的数值，点击OK。 图22-2图22-1图22-32、定义坯料平板（blank）的边界条件：从主菜单中选择BCManager，在Boundary Condition Manager中点击Create，在出现的Create Boundary Condition

23、对话框中，命名这个边界条件为blankposition1，接受默认的选择，即Step为Initial，Category为Mechanical，Types for Selected Step为Displacement/Rotation，点击Continue，在随后出现的视图中选择坯料平板，或者点击提示区最右边的按钮，会弹出图23所示的对话框，选择blank，如果选中“Highlight selections in viewport”，在视图中坯料平板零件会以高亮的方式显示。然后点击按钮Continue，在如图24所示的对话框中将所有的自由度全部选中，点击OK按钮。图23图24这样，坯料平板零件在

24、初始分析步时被限制了所有的自由度。接下来在每一个分析步中定义blank的边界条件，结合本章最初对于问题的描述，实际的模拟步骤分为七步来完成，我们分别在这七步中来完成边界条件的定义：1）定位第一套模具的空间位置，即positionpunch1步，该分析步中blank保持在原来的空间位置不动，其所有的自由度保持全部为零；2）定位坯料在第一套模具上的相对位置，即positionblank1步，该分析步中blank在总体坐标系的1-方向反向平移220个单位，使得它正好处于第一套模具中间，为下一步的初步成型分析做准备，我们编辑它的边界条件如图25所示，U1的文本框中输入-220，其它自由度仍保持为零，同

25、时在Amplitude的下来框中选择Amp-1，点击OK按钮。图253）进行第一次成型，即forming1分析步，该分析步中为了约束blank的刚体位移，我们定义节点集xblank和zblank的边界条件，这两个边界条件的名字分别为：xblank-1、zblank-1，它们均为对称边界条件，其中节点集xblank为U1=UR2=UR3=0，zblank为U3=UR1=UR2=0；4）成型之后第一套模具的上下模分离，即seperate1分析步，该分析步平板blank的自由度全部放松，即没有边界条件所约束，可以点击边界条件管理器对话框右侧的deactivate按钮来实现；5）定位初次成型之后的半成

26、品料在第二套模具上的相对位置，为了使用户视图区域简洁明了，我们在该分析步中人为的加入一个操作，即移开第一套模具，让第二套模具在试图前部，即positionblank2分析步，该分析步中，blank在3-方向反向平移80个单位，类似于前面介绍的第二个分析步的定义，我们首先新创建一个边界条件，将其命名为blankposition2，分析步选择positionblank2分析步，Category为Mechanical，Types for Selected Step为Displacement/Rotation，点击Continue，在随后出现的视图中选择坯料平板，或者点击提示区最右边的按钮，在弹出的对

27、话框中选择节点集blank，点击OK按钮，我们编辑它的边界条件如图26所示，U3的文本框中输入-100，其它自由度均为零，同时在Amplitude的下来框中选择Amp-1，点击OK按钮。图266）进行第二次成型，即forming2分析步，该分析步中，同样限制xblank和zblank两个节点集以对称边界条件，这两个边界条件的名字分别为：xblank-2、zblank-2；7）成型之后第二套模具上下模分离，即seperate2分析步，该分析步中，blank的自由度全部放松，为了限制其刚体位移，我们将xblank节点集施以固定边界条件，即约束它的全部自由度，这个边界条件的施加虽然跟实际情况并不一致

28、，但是由于xblank节点集在坯料blank中的对称性质，约束它并不会对成型过程造成太大影响。该边界条件被命名为：xblank-3。3、定义第一套模具的边界条件。首先我们对第一套模具在整个成型分析过程中的动作做简要分析：在第一个分析步中定位上下模的空间位置，该分析步完成之时，下模保持固定不动，上模在2-方向平移39.8个单位，开打模具为下一步喂进坯料做准备，其位置变化的路径由Amp-2曲线和U2方向给定的强制位移来控制；进入第二个分析步，坯料被送进上下模之间，而模具保持固定不动；第三个分析步为第一次成型过程，下模继续固定不动，上模在2-方向强制反向平移39.8个单位完成冲压过程；之后的第四个分

29、析步为该套模具分离的过程，跟第一个分析步的控制条件相同；第五个分析步的设计是为了移开它们，使其不影响用户观察试图，用户可以根据自己方便设计它们的位置，本例采用的方法是给定它们在3-方向反向强制位移200个单位，使其移动到第二套模具之后；此后的分析步该套模具不再参与，不需要对它们设定边界条件，因此点击deactivate按钮解除相应的分析步的约束。第一套模具的运动路径清楚之后，我们采用前面所掌握的操作方法就可以很方便地设定它们在对应分析步中的边界条件，需要注意的是，Amp-1和Amp-2在不同分析步的选择。4、定义第二套模具的边界条件。同理，我们对第二套模具在整个成型分析过程中的动作做简要分析：

30、对于下模来说，整个分析过程中，它均保持固定不动，因此可以在Initial分析步中给定它以固定边界条件即可；对于上模，在前三个分析步中，它也保持固定不动，在第四个分析步中，即seperate1分析步，它跟下模分开，在2-方向平移59.8个单位，为下一步喂进半成型坯料做准备，其位置变化的路径由Amp-2曲线和U2方向给定的强制位移来控制；进入第五个分析步，半成型坯料被送进上下模之间，而模具保持固定不动；第六个分析步为第二次成型过程，下模继续固定不动，上模在2-方向强制反向平移59.8个单位完成冲压过程；最后的分析步为该套模具分离的过程，跟第四个分析步的控制条件相同。第二套模具的运动路径清楚之后，我们采用前面所掌握的操作方法就可以很方便地设定它们在对应分析步中的边界条件，同样需要注意Amp-1和Amp-2在不同分析步的选择。下面的图27各图是整个分析过程中，模具及坯料的空间位置示意图。图27-1图27-2图27-4图27-3图27-6图27-5图27-8图27-75、保存文件打开边界条件管理器，可以看到如图28所示的对话框，检查各边界条件是否定义准确。图283.9划分网格1、从主菜单选择MeshControls，选中所有的零件，点击Done