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1、钣金综合大实验实验报告书名：班 级：0508304学 号：指导老师：完成时间： 2011年11月17日侖#航強航犬大粵目录1. 有限元模拟实验基本过程（1）CAD 建模 3（2）CAE 建模 3（3）CAE 分析结果 42. 有限元模拟成形结果的初步分析 53. 金属板料冲压模拟思考题（1）材料参数变化 加工硬化系数 K 值对冲压模拟结果的影响 6 各向异性参数 r0，r45，r90 变化对仿真模拟结果的影响 7 （2）工艺参数变化压边力和摩擦系数对冲压模拟结果的影响 8初始板料形状或者大小改变对模拟结果的影响 10 冲头圆角以及凹模圆角半径改变对模拟结果的影响 124. 冲压成形过程实验 1
2、2 5. 总结与体会 121. 有限元模拟实验基本过程（1）CAD 建模：本次实验课程，采用ETA/Dynaform软件的DFE功能模块进行几何建模。凹模有限元网格的主要尺寸如图 1.1.1、图 1.1.2 所示，图 1.1.1图 1.1.2（2）CAE 建模：通过ETA/Dynaform软件的DFE模块完成凹模的CAD建模，基于该数据模型，通过 DFE 模块下的 Preparation、Binder、Addendum、Modification 以及 Tools 模 块下的 Blank Generator 等步骤完成凹模、凸模、压边圈以及板料的 CAE 建模。在使用 ETA/Dynaform
3、软件时，关键要明白每个步骤要完成的内容，并结合学习 过的冲压成型理论选择相关参数。凹模的有限元网格如图1.2.1 所示，凸模的有限元网格如图1.2.2所示，初始 板料的有限元网格如图1.2.3 所示，压边圈的有限元网格如图1.2.4所示。图 1.2.1 图 1.2.2ttt164-9911B5.003419q；1图 1.2.4图 1.2.3有限元模拟参数设定过程说明：注：仿真模拟中所选材料牌号为钢BIF340，密度为p =7.85g/cm3,杨氏模量 =207000.0 Pa，加工硬化系数K=606.5 MPamo.5，硬化指数n=0.22 (单位均采 用国际单位)。 在ETA/Dynafor
4、m软件的Setup模块下选择Auto Setup,进入有限元模拟参 数设定模块； 修改Ge neral标签下的名称Title为有一定意义的名称； 进入Blank标签，设置Geometry栏下的四项内容，其中Part分项选择模 具中的板料部分，设置板料的材料，在材料库中有众多材料可供选择，每 种材料的加工硬化系数K、硬化指数n值、各向异性参数r0, r45，r90 值均可以根据需要进行设置，从模拟结果上可以直观的看出各个参数对冲 压结果的影响； 进入Tools标签，分别将所建的模型与die、pun ch、bin der进行匹配，并 默认其他参数； 进入 Process 标签，修改 drawing
5、 分项下的 binder 控制方式为间隙控制(即 Velocity)，同时参数值设置为die相应值的负值，其他参数默认； 进入 Control 标签，默认该标签下的所有参数，参数设置完成后，进入动 画模拟界面，观察动画过程以确定参数设置是否正确，若有错误则要及时 修改，所有参数都设置正确之后，选择Job submitter，提交有限元模拟设 置，软件会自动进行后台运算，并保存相关文件以便后续工作使用。（3）CAE 分析结果： 第一次计算结束后，成形后零件的厚度分布云图如图 1.3.1 所示；冲头接触力-时间曲线图如图 1.3.2 所示。从图上可以看出，厚度从1.135 到0.935，没有起皱现
6、象，也没有拉裂现象。压边力值估计为7.5kN,进行模拟。计算结果如图1.3.4和图1.3.5所示。图 1.3.4图 1.3.5最薄处为 0.935,没有起皱现象,也没有拉裂现象,压边力估值正常。2. 有限元模拟成形结果的初步分析：从初始参数的有限元模拟成形结果图 1.3.1 可以看出,在初始参数情况下 冲压出的零件是合格的，厚度从1.135 到0.935，没有发生起皱和拉裂现象。从冲头力-时间变化图1.3.2可以看出，在2ms前，冲头力几乎无变化，该过 程中板料几乎无变形；冲头力从 2ms 时显著增大，在 6ms 前近似线性增加，这 个过程中冲压变形稳步增加；6ms到8ms部分，上升趋势变缓，
7、此时冲压过程 接近结束。从压边力-时间变化图1.3.3可以近似估算，材料厚度1mm，材料选择为 BIF340时，冲压尺寸为45X35X25的盆形零件，需要的压边力大约为7.5kN, 以此估算值设置为压边力的值进行二次模拟，发现成形零件是合格的，所以可以 在此估算值前提下进行其他参数条件的仿真。3. 金属板料冲压模拟思考题：（1）材料参数变化： 加工硬化系数 K 值对冲压模拟结果的影响。加工硬化系数K变小（加工硬化系数K值设置为506）图 3.1.1图 3.1.2从仿真模拟结果图 3.1.1 可以看出，在该条件下冲压成形的零件是合格的， 最薄处厚度由0.935 变为 0.888，未发生起皱或者拉
8、裂。从冲头力变化图3.1.2 可 以看出，冲头力显著增大的时间节点在3ms左右，比初始条件下后延了 1ms。从冲压成形以及材料力学理论可以知道，材料的加工硬化系数，影响的是材 料发生塑性变形时需要进一步变形时，所需施加的力的大小，材料发生塑性变形 后加工硬化系数 K 的值越大，所需施加的冲头力也越大，反之越小。比较两次 冲头力变化图1.3.2和图3.1.2,可以发现，当加工硬化系数K的值减小时，所需 施加的冲头力也在变小。加工硬化系数K变大（加工硬化系数K设置为706）图 3.1.3 图 3.1.4从仿真模拟结果图3.1.3 可以看出，在该参数条件下，冲压成形的零件是合格的，最薄处由0.935
9、变为0.895，未发生拉裂或者起皱。 各向异性参数, r45, &变化对仿真模拟结果的影响各向异性参数r, r , r（均改为最大值2.89）04590nwa除皿 10FRC母时吋44IflPFH MrKhM* 图 3.1.7图 3.1.8从仿真模拟结果图3.1.7可以看出，在该参数条件下，冲压成形的零件是合格的，最薄处由 0.935 变为 0.945，最厚处 1.135 变为 1.08，未发生起皱、拉裂各向异性参数r, r，r（均改为最大值1.42）04590图 3.1.9图 3.1.10现象。从仿真模拟结果图3.1.9 可以看出，在该参数条件下，冲压成形的零件是合 格的，最薄处0.935
10、变为0.932，最厚处1.135 变为1.152，未发生起皱、拉裂现 象。从冲压成形以及材料力学理论可以知道，各向异性参数是影响材料内部应力 分布的因素，当将各向异性参数均调整为最大值或者最小值时，在这样的条件下， 材料内部单元所受的应力在周向应力O、径向应力、以及切向剪应力T方向上 是均匀的，但这种状态是一种理想状态，实际情况几乎不存在。2）工艺参数变化：压边力和摩擦系数对冲压模拟结果的影响。压边力通过图1.3.3估计合适大小为7.5kN,以此为依据调整压边力进行。摩擦系数不变，压边力值设置为75kN图 3.2.1图 3.2.2从仿真模拟结果图 3.2.1 可以看出，在该参数条件下，冲压成形的零件是合格的，最薄处从0.935 变为 0.922，未发生拉裂或者起皱现象。 摩擦系数变不变，压边力设置为 3.0kN图 3.2.5图 3.2.6图 3.2.7从仿真模拟结果厚度变化图3.2.5 以及成形极限图3.2.7可以看出，在该参数 条件下，冲压成形的零件是不合格的，板料边缘发生了起皱现象
