基于Abaqus的冲压模具仿真

1、板件冲压成型分析、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发展。 由于新产品、 新技术的开发成本太高、 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ABAQU对加工工艺进行 模拟有着诸多优点：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.合理的参数设计可以降低对工件的损耗；3.合理的坯料设计，减少了飞边，也减少原材料的浪费；4.对模具的设计、加工提供合理建议；5.优化加工过程，提高产品成型质量；采用ABAQU进行仿真模拟的目的：1.节约开发成本2.加快研发速度3.提高产品质量二、问题描述1、本实例是关于

2、板件的冲压成型仿真模拟，图1为拉延模具三维实体，图2为模具上模的刚性实体，图3为模具下模的刚性实体，图4为模具压边圈的刚 性实体，图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、将上述模具四部分进行装配，其中上模在最上端，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

3、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串动，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。下图6模具为在abaqus中的装配体。图 6 模具装配体3、定义毛坯的材料属性，进入属性模块，定义新材料名称为steel，该材料 的密度为7.85E-9，杨氏模量为210000,泊松比为0.31，定义塑性属性为图7所示，图 7 材料的属性定义4、创建截面类型别壳，类型为均质的截面，同时将截面特性赋予给毛坯。定义 如下图8所示：图 8 赋予板料单元属性5、定义求解时的分析步，总共定义3个分析步，第一个分析步为压边圈向下移动10mm使压边圈和毛坯接触。第二个分析步为压边圈向下移动

4、1.0*E-01mm,使压边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50mm完成冲压过程。如图9所示：图 9 定义三个分析步分析步定义的类型为动力、显式的，时间长度为0.001，几何非线性打开。如图10所示:图 10 分析步时间长度定义6、进入相互作用管理器， 创建摩擦的相互作用属性， 定义接触属性名称为fric， 选择力True(MPa)stressLogstrainplastic910.01310.15910-21710.64910-22110.17710-12510.39510-12910.77610-13310.1393910.2

5、95学-切向行-摩擦公式，选择罚，定义摩擦系数为0.1，如图11。图 11 定义接触属性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表面的接触作用， 第二个是下模和毛坯下表面的接触作用， 第三个是压边圈上表面和毛坯下表面的 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12所示：图 12 创建接触部分的相互作用8、进入约束管理器，创建上模、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13所示：图 13 创建刚形体参考点约束8、划分网格，由于

6、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离散刚形体的单 元类型为显式、离散刚性单元R3D4毛坯和离散刚形体的选择情况分别如图14和15所示：图 14 网格的划分情况图 15 选择单元类型9、 定义边界条件，为之前创建的分析步创建边界条件，分别创建下模的完全固定边界条件、上模的沿丫轴下移的边界条件、压边圈下移的边界条件、毛坯沿X轴固定的边界条件。创建的边界条件应和分析步相一致。如图16所示：图 16 定义运动的边界条件10、创建作业，进行求解。图17为板件冲压过程中金属板中Mises应力分布云图图 17 冲压过程应力分布云图图18为冲压结束金属板中Mises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