毛金勇201210617238成型CAE材料.doc

河南工程学院《材料成型CAE》考查课 专业论文 DEFORM流动模拟分析报告 学生姓名： 毛金勇 学 院： 机械工程学院 专业班级： 材控 1242 专业课程： 材料成型 CAE 任课教师： 赵永涛 2015 年 11 月 20 日 1 概述 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，模具是“效益放大器”。从产值看，80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并又有继续增长的趋势 [1] 。在国内由于受到金融危机原因，模具行业平越高的企业受冲击越小，水平越 低的企业受冲击越大[2]。可见未来高水平的模具企业必然会创造更多价值。本文 通过DEFORM-3D对冲裁件的流动规律进行研究。 2 对冲裁件应力变化分析的意义 冲压成形过程的计算机仿真实质上是利用数值模拟技术，分析给定模具板料变形全过程，从而判断模具和工艺方案的合理性。成熟的仿真技术可以减少试模次数，在一定的条件下还可以使模具和工艺设计依次合格从而避免修模[3]。这可以大大的缩短新产品的开发周期，降低开发成本，提高产品品质和市场竞争力。因此选用有限元分析可以从模拟结果分析冲压零件的可成性，判断冲压件的危险部位等。 3 通过DEFORM-3D对冲裁件的流动规律进行模拟 冲孔工艺过程大致可以分为以下四个阶段： 弹性变形阶段 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。弹性变形的重要特征是其可逆性,即受力作用后产生变形,卸除载荷后,变形消失。这反映了弹性变形决定于原子间结合力这一本质现象。原子处于平衡位置时，其原子间距为r0，势能U处于最低位置，相互作用力为零，这是最稳定的状态。当原子受力后将偏离其平衡位置，原子间距增大时将产生引力；原子间距减小时将产生斥力。这样，外力去除后，原子都会回到其原来的位置，所产生的变形便会消失，这就是弹性变形[4]。冲孔工作开始时，凸模接触材料前施压，是材料产生弹性压缩而在凸模周围发生材料聚集，形成环状突起。如图1: 图1 弹性变形阶段 塑性变形阶段 物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。凸模及压料板施加大压力，达到材料的屈服点，材料向孔周围流动并开始挤入凹模，产生定向塑性流动。如图2 图2 塑性变形阶段 剪切变形阶段 当凹模继续下行，材料停止向孔周围流动，而大量挤入凹模洞孔。此时凸模刃口部分的材料达到材料的抗剪强度。故首先在发生应力集中的锋利刃口处产生显微裂纹，但没有剪裂。如图3 图3 剪切变形阶段 剪裂变形阶段 凸模下行到一定程度，显微裂纹在金属材料内部扩展，并使材料沿凹模刃口出现剪切裂纹，开始断裂。如图4 图4 剪裂变形阶段 3.1 不同间隙对冲裁件的工艺模拟分析 冷冲模的冲裁间隙对冲裁件断面质量有极重要的影响，凸、凹模间的间隙，对模具的寿命、卸料力、推件力、冲裁力、及冲裁尺寸的精度等还有不同程度的影响。大的间隙对冲裁力的影响不是很大，但对卸料力、推件力影响显著，随着间隙的增大，卸料力、推件力都将减小。但是，事实上并不存在一个绝对合理的间隙数值，能同时满足各方面的要求。在冲压的实际生产中，间隙的选用应主要考虑冲裁件的断面质量和模具寿命这两个因素。一般来说对冲裁件断面质量较高时，选取较小的间隙值，而当冲裁件的质量要求不高时，则应尽可能地加大间隙值，以利于提高冲模的寿命。小间隙会增加模具的磨损，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模之间互相啃刃等异常损坏，缩短模具的寿命[5]。 对于冲裁模具，冲裁间隙和凹模圆角半径的合理确定是模具设计的两个重要的参数。凸凹模间隙对冲裁质量、冲裁力和模具寿命均有很大影响，一般情况下凸模寿命随模具间隙的增大而增加；分析表明，当模具间隙大于0.2mm 时，随着模具间隙的增大，毛刺高度随模具间隙的增大而显著增大。 3.2 不同凹模圆角半径对冲裁件的工艺模拟分析 凹模圆角半径的大小对凸模的受力也有着重要影响，如果圆角半径过小，不仅增大金属流动阻力，增加开裂的趋势，使冲压件难以成形，而且模具磨损也较大，适当增大圆角半径，可使模具寿命提高几倍，甚至几十倍。常规刃口圆角选取一般通过试冲法逐步加大，使之达到需要的最小值。所以在模具的设计中经常会遇到理论计算与经验的脱节，使设计的产品存在不确定性和随意性。下面是不同凹模圆角所冲压出来的冲裁件的图片，可以清楚的看出的不同凹模圆角所对应毛刺大小的