基于DYNAFORM的板料成形研究毕业设计论文Word格式文档下载.docx

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二?

年九月二十日

第1章前言1

1.1学术背景及理论与实际意义1

1.2课题来源及主要研究内容1

第2章拉深与软件介绍2

2.1板料拉深成形技术2

2.2DYNAFORM软件介绍3

2.2.1基本资料3

2.2.1DYNAFORM的主要特色3

2.2.3DYNAFORM功能介绍4

2.2.4DYNAFORM的主要应用6

第3章前处理7

3.1三维建模7

3.2读入零件模型7

3.3确定冲压方向8

3.4创建零件的单元模型8

3.4.1创建零件网格8

3.4.2创建Blank9

3.4.3创建Punch11

3.4.4创建凹模DIE13

3.4.5创建BINDER14

3.4.6网格模型检查18

3.4.7参数设置18

第4章计算与后处理24

4.1计算24

4.4.1计算前设置24

4.4.2计算25

4.2后处理25

4.2.1成形极限图和厚度分布云图26

4.2.2对比分析26

结论30

致谢31

参考文献32

第1章前言

1.1学术背景及理论与实际意义

随着现代经济的迅速发展,制造业企业在新的历史条件下面临着更多的压力。

需要最大程度地减少研发、生产的成本。

计算机辅助模拟技术就是在这一背景下产生的,它为降低成本创造了条件。

并在实际生产中得到愈来愈广泛的应用。

板料成形是现代工业一种重要的加工方法.而拉深是其中典型的工艺,有着广泛的应用。

汽车产品中,冲压成形件约占总重量的50%~60%[1]。

在实际金属板料冲压件的设计和生产过程中,由于模具设计和成形工艺方案的不合理,常常导致冲压件出现损伤断裂、起皱缺陷。

锻造模拟技术是指利用计算机对锻造成形过程进行仿真计算。

从而可以降低生产成本,缩短折产品的开发周期,提高产品质量,为企业带来巨大的经济利益,提高企业的市场竞争能力,推进加工制造业的发展,而DYNAFORM软件正是此类软件中的佼佼者。

1.2课题来源及主要研究内容

本课题是由指导老师拟定,主要研究针对板料成形时,拉伸变形出现的不均匀及易断裂等负面情况,将零件三维建模,导入dynaform,进行模拟计算,找出零件的缺陷即零件有开裂、起皱等时的成形极限,分析材料因素、模具圆角半径、板料厚度等方面对板料成型的影响。

第2章拉深与软件介绍

2.1板料拉深成形技术板料拉深成形是汽车、航空工业领域中一种重要的加工方法。

板料拉深成形中经常产生起皱、破裂、残余应力、回弹等问题.这些问题主要是受材料的成形性能、压边力、毛坯的形状和尺寸以及模具的几何形状等因素的影响.采用传统的实验方法逐一分析各种因索对板料成形的影响将耗费大量的时间和人力物力。

拉深时,平板坯料受凸模向圆筒侧壁传递的拉力,由四周向中心移动,直径逐渐缩小,这部分金属互相受压。

当板坯的厚度小?

拉深变形程度大时,在压应力作用下,圆筒工件的平面法兰部分会出现失稳起皱现象[2]。

为了防止起皱现象和保证拉深件质量,在拉深模中常设有压边装置压边圈。

简单的压边圈是靠弹簧或压缩空气压住坯料周边的。

大型件拉深时,常采用双动压力机,利用外滑块的作用压边。

当毛坯的厚度较大?

零件的尺寸较小时,不用压边装置也可以进行拉深。

压边圈的作用力在保证板坯不起皱前提下,应选取尽量小的数值。

拉深件各部位的厚度因受力不同有所不同。

一般是底部中心厚度不变。

底部周边和侧壁下部受拉力作用,厚度稍减少。

侧壁上部和平面法兰部分受压力作用,厚度稍增加[3]。

若拉深模与压边圈之间的间隙稍大于坯料的厚度,则制成的拉深件的壁厚基本上等于初始的板料厚度。

如果拉深模与压边圈之间的间隙小于坯料的厚度,拉深件的侧壁就会受模具间隙的作用而变薄,这种方式称为变薄拉深。

用变薄拉深法可以制成底厚、壁薄、高度大的零件,如深筒食品罐等。

在拉深的实际生产中,拉深工艺参数对拉深变形以及拉深件的质量的影响十分明显。

合理的工艺参数,可以提高拉深变形的均匀性,降低对材料性能的过高要求,从而降低拉深件的生产成本。

2.2DYNAFORM软件介绍

DYNAFORM软件是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形数值模拟的专用软件,是LS-DYNA求解器与ETA/FEMB前后处理器的完美结合,是当今流行的板料成形与模具设计的CAE工具之一。

2.2.1基本资料

在其前处理器Preprocessor上可以完成产品仿真模型的生成和输入文件的准备工作。

求解器LS-DYNA采用的是世界上最著名的通用显示动力为主、隐式为辅的有限元分析程序,能够真实模拟板料成形中各种复杂问题。

后处理器Postprocessor通过CAD技术生成形象的图形输出,可以直观的动态显示各种分析结果。

Dynaform软件基于有限元方法建立,被用于模拟钣金成形工艺。

Dynaform软件包含BSE、DFE、Formability三个大模块,几乎涵盖冲压模模面设计的所有要素,包括:

定最佳冲压方向、坯料的设计、工艺补充面的设计、拉延筋的设计、凸凹模圆角设计、冲压速度的设置、压边力的设计、摩擦系数、切边线的求解、压力机吨位等。

Dynaform软件可应用于不同的领域,汽车、航空航天、家电、厨房卫生等行业。

可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹、成形刚度、表面质量,评估板料的成形性能,从而为板成形工艺及模具设计提供帮助。

Dynaform软件设置过程与实际生产过程一致,操作上手容易。

来设计可以对冲压生产的全过程进行模拟:

坯料在重力作用下的变形、压边圈闭合过程、拉延过程、切边回弹、回弹补偿、翻边、胀形、液压成形、弯管成形。

Dynaform软件适用的设备有:

单动压力机、双动压力机、无压边压力机、螺旋压力机、锻锤、组合模具和特种锻压设备等。

2.2.1DYNAFORM的主要特色

1.集成操作环境,无需数据转换

完备的前后处理功能,实现无文本编辑操作,所有操作在同一界面下进行

2.求解器

采用业界著名、功能最强的LS-DYNA,是动态非线性显示分析技术的创始和领导者,解决最复杂的金属成形问题。

3.工艺化的分析过程

囊括影响冲压工艺的60余个因素以DFE为代表的多种工艺分析模块有好的工艺界面,易学易用

4.固化丰富的实际工程经验

2.2.3DYNAFORM功能介绍

1.基本模块

DYNAFORM提供了良好的与CAD软件的IGES、VDA、DXF,UG和CATIA等接口,以及与NASTRAN,IDEAS,MOLDFLOW等CAE软件的专用接口,以及方便的几何模型修补功能。

自动消除各种孔DYNAFORM的模具网格自动划分与自动修补功能强大,用最少的单元最大程度地逼近模具型面。

比通常用于模具网格划分的时间减少了99%[4]。

初始板料网格自动生成器,可以根据模具最小圆角尺寸自动确定最佳的板料网格尺寸,并尽量采用四边形单元,以确保计算的准确性。

QuickSet-up,能够帮助用户快速地完成分析模型的设置,大大提高了前处理的效率。

与冲压工艺相对应的方便易用的流水线式的模拟参数定义,包括模具自动定位、自动接触描述、压边力预测、模具加载描述、边界条件定义等等。

用等效拉延筋代替实际的拉延筋,大大节省计算时间,并可以很方便地在有限元模型上修改拉延筋的尺寸及布置方式。

多工步成形过程模拟:

网格自适应细分,可以在不显著增加计算时间的前提下提高计算精度。

显、隐式无缝转换,eta/DYNAFORM允许用户在求解不同的物理行为时在显、隐式求解器之间进行无缝转换,如在拉延过程中应用显式求解,在后续回弹分析当中则切换到隐式求解[5]。

三维动态等值线和云图显示应力应变、工件厚度变化、成形过程等,在成形极限图上动态显示各单元的成形情况,如起皱,拉裂等;

2.BSE板料尺寸计算模块

采用一步法求解器,可以方便地将产品展开,从而得到合理的落料尺寸。

3.DFE（模面设计）模块

DYNAFORM的DFE模块可以从零件的几何形状进行模具设计,包括压料面与工艺补充。

DFE模块中包含了一系列基于曲面的自动工具,如冲裁填补功能、冲压方向调整功能以及压料面与工艺补充生成功能等,可以帮助模具设计工程师进行模具设计。

（1）基于几何曲面所有的功能都是基于NURB曲面的。

所有的曲面都可以输出用于模具的最终设计。

（2）导角单元导角功能使用户对设计零件上的尖角根据用户指定的半径快速进行导角,以满足分析的要求。

（3）冲裁填补功能根据成形的需要,自动填补零件上不完整的形状。

能在填补区同时生成网格与曲面。

（4）拉延深度与负角检查图形显示零件的拉延深度与负角情况。

（5）冲压方向调整功能自动将零件从产品的设计坐标系调整到冲压的坐标系。

（6）压料面生成功能可以根据零件的形状自动生成四种压料面。

生成的压料面可以根据用户的输入参数进行编辑与变形以满足设计要求。

（7）工艺补充面生成功能可以根据产品的大小、深度及材料生成一系列轮廓线。

然后将这些轮廓线生成曲面并划分网格形成完整的工艺补充部分。

还可以对生成的轮廓线进行交互式编辑。

（8）MORPHING

DFE模块中提供了线、曲面及网格的变形功能,可以很容易地处理POL、冲裁填补、工艺补充设计以及压料面设计。

2.2.4DYNAFORM的主要应用1.冲压、压边、拉延、弯曲、回弹、多工步成形等典型钣金成形过程2.液压成形、辊弯成形3.模具设计4.压机负载分析等

第3章前处理

3.1三维建模

用PRO/ENGINEER软件对零件进行三维建模,如图3-1所示,保存为IGES格式。

图3-1零件的三维图形

3.2读入零件模型DYNAFORM可以直接导入由PRO/ENGINEER软件产生的数学模型,格式为IGES、VGA等。

将文件导入DYNAFORM中,如图3-2所示。

图3-2零件的数学模型

3.3确定冲压方向

Dynaform默认的冲压方向为-Z方向。

3.4创建零件的单元模型

选择菜单“Prat/Edit”,修改零件名为“Part”,将其ID序号数值设置为1,点击“Modify”按钮,点击“OK”,保存*.df文件。

3.4.1创建零件网格

选择菜单“Preprocess/Element”命令,选择“SurfaceMesh/PartMesh”按钮,最大网格尺寸设置为3,其它尺寸为缺省值。

点击“SelectSurfaces”按钮,选择“DisplayedSurf.”,此时零件“Part”呈白色高亮显示,点击“OK”和“Apply”按钮,并点击“Yes”加以确认,退出对话框。

零件网格如图3-3所示。

注意:

在网格划分时一定要将右下角当前的零件设为和网格划分的零件一致,否则划分的网格不是当前的零件。

右下角的“Surfaces”可不选,此时零件的几何模型会隐藏,只显示网格。

图3-3零件的网格模型

3.4.2创建Blank

1.创建毛坯轮廓

打开零件Part,用工具栏的“SurfaceMesh/PartMesh”对零件进行网格划分。

选择菜单栏“BSE/Preparation”命令,选择“BlankSizeEstimate”按钮,设置“Material”选项下的“NULL”按钮,点击“MaterialLibrary”,选择材料“Europe/DC06”,输入板料厚度“Thickness2.5”,点击“Apply”按钮,进行毛坯展开计算,如图3-4。

图3-4毛坯的展开计算

生成的毛坯轮廓如图3-5。

系统会自动创建OUTLINE零件。

在“Parts/EditPart”下修改零件名称“OUTLINE”为“Blank”,点击“Modify”按钮,点击“OK”,如图3-6所示。

（注意右下角当前零件不能为“OUTLINE”,应改为其它零件名,不能对当前零件名进行修改和编辑）。

图3-5展开后的毛坯轮廓图3-6编辑毛坯零件名

2.考虑毛坯余量,扩展毛坯轮廓选择菜单“Preprocess/Line/Point”,点击“Offset”进行偏移,选择边界轮廓,输入偏移距离为10mm,扩展后的边界线及其网格模型如图3-7所示。

图3-7扩展后的毛坯轮廓

3.划分毛坯网格

将右下角的当前零件设为“Blank”,对毛坯进行网格划分。

在工具栏选择“Blankgenerator”命令,选择“Boundaryline”,此时鼠标变成“+”符号,点击毛坯轮廓线选择,此时轮廓线会呈白色高亮显示,点击“OK”。

输入毛坯网格尺寸“MeshSize/ElementSize8”,点击“OK”完成,如图3-8。

点击“Yes”确认网格大小。

毛坯划分网格后的模型如图3-9所示。

图3-8毛坯网格尺寸图3-9毛坯的网格模型

3.4.3创建Punch

1.选择菜单“Parts/Create”,输入“NamePunch”,编辑颜色,点击“OK”。

如图3-10所示。

在屏幕右下方会自动出现“CurrentPartPUNCH”。

图3-10创建Punch零件

2.创建零件网格

将“Part”零件的单元网格显示,选择“Parts/Add…ToPart”,点击“Elements”按钮,选择“Displayed”,此时当前的零件网格会呈白色高亮状态,点击“OK”确认。

将所选网格加入到“ToPart:

PUNCH”,点击“…”选择刚创建的“PUNCh”,确认后关闭对话框,如图3-11所示。

此时“Part”零件的单元网格被添加到“Punch”零件中。

如图3-11所示。

此时“Part”零件只剩下Surfaces。

图3-11Punch的网格模型

3.PUNCH网格模型的法线方向检查

点击菜单栏“Preprocess/ModelCheck/Repair”命令,点击“AutoPlateNormal”按钮进行法线方向检查。

选择其中任一单元,观察法线方向,点击“YES”或“NO”按钮。

注意,法线方向的设置总是由工具指向与坯料的接触面,如图3-12。

图3-12Punch的法线方向检查

4.网格边界检查

点击菜单栏“Preprocess/ModelCheck/Repair”命令,点击“BoundaryDisplay”按钮进行边界检查。

通常只允许除边缘轮廓边界呈白色高亮显示外,其余部位均保持不变。

如图3-13。

如果其余部分的网格有白色高亮显示,则说明在白色高亮处的单元网格有缺陷,须进行修补或重新网格划分。

修补可点击“GapRepair”按钮。

完成边界检查后,若网格边界无缺陷,可点击工具栏中的“ClearHighlight”,清除边缘轮廓高亮显示部位。

图3-13网格模型的边界检查

3.4.4创建凹模DIE

1.偏置得到DIE的单元网格

选择菜单“Parts/Create”,输入零件名称“Name”为凹模“DIE”,则右下角的当前零件自动变为“DIE”。

打开零件“Punch”,选择菜单“Preprocess/Element”下的“Offset”命令,关闭“InOriginalPart”复选框,使得新生成单元放置在当前零件中,关闭“DeleteOriginalElement”复选框,保留原始零件中的单元。

“CopyNumber”为1,板料厚度“Thickness”的设定值为2.75（即为1.1t,其中t为板料厚度）。

显示“SelectElement”对话框,点击“Displayed”,则所有被选单元呈白色高亮显示,点击“OK”返回,则复制后的单元自动生成到“DIE”中。

关闭零件“Punch”显示。

新建的DIE的网格模型如图3-14所示。

图3-14偏置得到的DIE的网格模型

3.4.5创建BINDER

1.设置Die为工具

选择菜单栏“DFE/Preparation”的“Define”命令下,将“Tool/ToolName”下添加“DIE”为工具。

选择“DFE/Binder”,在“Create”命令下选择“BinderType”为“FlatBinder”,并输入“BinderSize”的尺寸,点击“Apply”,如图3-15所示。

此时右下角自动创建新零件“C_BINDER”,关闭零件“DIE”的显示,生成的压边圈轮廓表面如图3-16所示。

图3-15创建BINDER过程图

图3-16压边圈的轮廓表面

2.划分网格

在工具栏“SurfaceMesh”下选择“ToolMesh”,输入最大网格尺寸为20mm,选择压边圈的轮廓表面,点击“Apply”和“YES”,关闭右下角的Surfaces显示,则得到如图3-17的压边圈网格模型。

图3-17C_BINDER的网格模型

3.调整BINDER与DIE的位置

打开零件“DIE”与“C_BINDER”的显示,在工具栏选择视图“X-ZVIEW”视图。

选择菜单“Preprocess/Element”下的“Transform”选项,在“Translate”下框选“Move”,在“Direction”下框选“ZAxis”,输入“Distance”的值,即-14.000mm,使凹模向Z的负方向下移14.000mm。

选择Die的所有单元,点击“OK”和“Apply”,退出对话框。

调整后DIE与BINDER的位置如图3-18所示。

图3-18调整位置后的DIE与C_BINDER

4.切除DIE与C_BINDER重合区域,得到实际的压边圈轮廓

选择菜单“DFE/Modification”,点击“BinderTrim”,选择“Boundary”下的“Outer”,点击“Select”,选择剪切线,如图3-19所示。

点击“Apply”和“Yes”,得到如图3-20所示的压边圈Binder和DIE。

图3-19去除DIE与C_BINDER重合区域的剪切线

图3-20剪切后的DIE与C_BINDER

5.偏置C_BINDER单元,创建实际BINDER

为创建DIE的工艺补充面,可将剪切后C_BINDER的轮廓作为DIE的工艺补充面。

此时须将C_BINDER单元偏置重新创建BINDER单元。

关闭零件“DIE”显示,在菜单栏“Parts/Create”输入新零件名称为“BINDER”,则右下角会自动显示当前零件名为“BINDER”。

选择菜单栏“Preprocess/OffsetElements”,输入“Thickness”值为1.1t,即2.75mm,选择C_BINDER当前Displayed单元,点击“Apply”,退出对话框,则偏置后的C_BINDER单元自动添加到零件BINDER中,实际压边圈BINDER的网格模型如图3-21所示。

关闭BINDER显示。

图3-21实际压边圈的网格模型

6.打开零件“DIE”的显示,选择菜单栏“Parts/Add…ToPart”,将C_BINDER单元添加到零件“DIE”中,点击“Apply”,关闭对话框。

则创建工艺补充面后的DIE的网格模型如图3-22所示。

图3-22创建工艺补充面后DIE的网格模型

3.4.6网格模型检查

1.将零件设为当前零件,选择菜单栏“Preprocess/ModelCheck/Repair”命令,点击“AutoPlateNormal”按钮,选择零件的任意网格,观察其法线方向,点击“YES”或“NO”按钮,直至确定网格法线方向。

注意,法线方向的设置总是由工具指向与坯料的接触方向。

对于毛坯BLANK而言,无须对其法线方向进行检查。

2.网格模型的边界检查通常只允许零件的外轮廓边界呈白色高亮,其余部位均保持不变。

如果其余部分的网格有白色高亮显示,