基于Dynaform的方形盒冲压成形仿真
2011-10-20宝鸡文理学院机电工程系史革盟
宝鸡文理学院机电工程系 史革盟
基于Dynaform的方形盒冲压成形仿真
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盒形件是金属薄板拉深成形中较为典型的冲压件，拉深变形时，应力、应变在变形区内沿周边的分布很不均匀，其变形规律具有一定的典型性。利用传统方法进行冲压工艺分析时，为了避免材料成形过程中出现断裂、起皱、颈缩等不良影响，必须反复修改成形加工的某些参数或修改模具形状，耗资大、产品开发周期长。
Dynaform软件是美国ETA公司与LSTC公司合作开发的针对板料成形数值模拟的专业化软件，该软件能模拟拉延、多步冲压、压边、弯曲、回弹、液压成形，进行模具设计等，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期。
一、方形盒冲压成形工艺
方形盒可以看做由直边及圆角部分组成，拉深变形时，圆角部分近似圆筒形件的拉深，直边部分近似板料弯曲，但方形盒的圆角及直边是联系在一起的整体，因而变形时必然又相互的作用及影响。在拉深时，圆角部分的材料向直边部分流动，使直边部分材料受压，横向间距缩小，愈靠角部缩小愈多；纵向间距增大，愈靠转角处增加愈大。同时，圆角部分的材料也向直边部分流动，因而直边部分也增加了横向压缩、纵向伸长的变形，又由于直边区存在金属的流动，使得圆角部分的变形程度大为减小。设计流程如图1所示。
二、方形盒冲压成形仿真
1.模型导入。在Pro/E中建立凹模及板料模型，凹模尺寸102.2mm×102.2mm，凹模圆角尺寸10mm，保存成.igs格式，再导入Dynaform软件中生成模型。
2.网格划分。在Preprocess模块中的Element/Surface Mesh对话框中对坯料和凹模分别设置Max.Size为1.750 0和5.00，并选择Surface为Displayed Surf，其他保持默认完成网格划分。划分好网格后用Preprocess/Model Check/Repair命令对网格进行检查，主要检查模面是否完整，是否有重叠、漏洞，网格的法线方向是否一致，并修复有缺陷的单元。
3.模型生成。利用 Dynaform中的 Quick Setup/Draw Die快速建立模型。选择单动（Single action），下模采用（Upper Tool Available）拉延类型；在Material/Material Library中选择坯料为DQSK37，Thickness数值为1.00；再依次定义坯料（Blank）、压边圈（Binder）、凹模（Die）、拉深筋（Draw Bead），设置材料及工具运动的相关参数。图2为完成快速设置后的模型，最后提交LS-DYNA进行求解计算。
4.仿真结果。在Dynaform的Post Process中，以云图、等值线等形式显示数值模拟结果。在FLD成形极限图用7种颜色来区分7个不同的安全或失效区域，其中圆角处黄色为破裂危险点，蓝色表示有起皱趋势，粉色处为已起皱，洋红为已严重起皱。
经过修改压边力、凸模行程、凸模圆角半径等工艺参数，进行大量的反复模拟试验，得到当压边力大小在180kN～250kN，凸模圆角半径在12mm左右，拉深行程为25mm时对低碳钢进行拉深时仿真结果可靠，如图3所示。
三、结论
1.利用Pro/E软件进行CAD建模，并导入Dynaform中生成冲压成形过程中所需的凸凹模、板料和压边圈等模型，经过相关设置完成了该方形盒的冲压成形仿真。
2.通过对仿真结果的分析，并进行大量的模拟试验，确定了合理的工艺参数，得到了可靠的仿真结果，达到了优化成形的目的，从而可以缩短生产研发周期，降低成本，提高零件质量。
