ANSYS Workbench冲压成型分析实例:解锁成型奥秘

板料冲压是利用冲模在压力机上对材料施加压力,使材料产生分离和变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的加工方法。板料冲压通常在室温下进行,故又称冷冲压。当板厚超过8-10mm时,一般需采用热冲压。

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图1



由于冲压过程中凸模的运动速度较慢,成型过程属于准静态变形过程,所以本文使用ANSYS Workbench软件的静力学模块来模拟V形件的成型。

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图2

图为敞开式弯曲模


使用ANSYS做板料冲压成型仿真时, 需要注意以下几点:



注  意

1. 材料非线性:由于成型的过程伴随着材料的屈服及塑形变形,所以需要在ANSYS中定义塑形材料;

2. 几何非线性:成型过程中,结构发生了较大的变形,需要在仿真过程中打开大变形;

3. 状态非线性:成型过程中,零件会与模具发生接触,因此需为零件和模具定义接触;

综上述三点,该分析是集 材料、几何、状态三种非线性为一身的非线性分析,收敛过程可能会有较大的难度,我们可以通过调整 分析设置,保证计算收敛。
 


仿真过程

Step1

模具、冲压件的建模

总体分析思路是使用 平面模型进行分析;
 
由于我们不关注模具的受力情况,所以我们在建模时,只建立模具的 简化模型,并将其设置为 刚性体。 冲压件为1mm厚钢板,为了节约计算成本,在保证计算精度的前提下,我们选择1/2的平面应变模型来模拟。具体模型如下图所示。建模时应注意将模型建在XY平面内。

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图3

Step2



定义冲压件材料模型

理想弹塑性模型

假定不考虑材料的强化性质,并且忽略屈服上极限的影响,即认为材料经过线弹性阶段后便进入流动状态,塑性变形在屈服应力的作用下可无约束的发展。如下图。


ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图4


在Workbench的工程数据模块中定义理想弹塑性模型。新建一个名为“ chongyajian”的材料模型,设置弹性模量为2E5MPa;泊松比为0.3;塑性阶段的定义笔者选择了 双线性等向强化模型,屈服强度为345MPa;切线模量为0。具体设置如下图:

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图5

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图6



Step3

修改模型参数

点击Geometry,选择凸模和凹模,分别在Details中将Stiffness Behavior改为Rigid,2D Behavior设置为Plane Stress,厚度设置为1mm,材料默认为Structural Steel;

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图7



选择冲压件,将2D Behavior设置为Plane Strain,将其材料改为Step2中建立的“chongyajian”,由于软件默认Stiffness Behavior为Flexible,所以冲压件的刚度行为不用做更改。

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图8



Step4

轴对称设置

为了节约计算成本,计算过程中我们使用了1/2的平面模型,所以要在对称轴处设置轴对称。建立一个轴对称区域,选择冲压件的对称轴,并将对称法向设置为x轴此处读者考虑为什么不直接将冲压件的2D Behavior设置为Axisymmetric,而是在此处设置轴对称呢?

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图9



Step5

接触设置


分别在凸模、凹模与冲压件有接触的位置建立接触:接触面设置为冲压件的上下面,目标面设置为凸(凹)模的面; 接触类型为摩擦接触,摩擦系数0.1;设置接触算法为纯罚函数法;为了降低计算量,将接触法向刚度因子设置为0.1;将球区域半径设置为1mm;其余设置保持默认。



Step6

网格划分

自由网格划分,网格尺寸为 0.3mm;网格物理选项设置为 非线性结构,单元阶数设置为 线性(低阶)
 

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图11



Step7

边界条件设置

冲压成型过程中,凹模静止不动,凸模一般会有2个动作: 向下运动完成冲压成型向上运动离开冲压件,因此在仿真过程中我们使用 2个载荷步实现。

载荷步1:凸模向下运动16mm完成冲压成型;
 
载荷步2:凸模向上运动16mm离开冲压件;
 
由于凸模和凹模我们用的刚性模型,所以在施加位置的时候需要使用 远端位移实现,具体设置如下:

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图12

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图13

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图14



Step8

网格非线性自适应

冲压仿真过程中,网格会发生较大变形, 为了改变并细化网格从而使得求解收敛并获得更精确的结果,我们需要设置 网格非线性自适应选项,具体设置参数如下:

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图15



Step8


分析设置

1. 自动时间步设置。打开自动时间步,并采用子步形式;

2. 子步设置。初始子步设置为200,最小子步设置为180,最大子步设置为1000;

3. 打开大变形。

4. 关闭弱弹簧。该设置是 为了使用网格非线性自适应功能。
 

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图16



Step9

结果

ANSYS Workbench分析实例之冲压成型的图17



总结
冲压成型的有限元分析作为冲压模具高效专业的辅助设计手段,能够为模具的设计和生成提供很大的帮助,如 钣金毛坯尺寸、材料流动、机构运动、模具结构等引起的成型性能变化等
 

免责声明:本文系网络转载或改编,未找到原创作者,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删

QR Code
微信扫一扫,欢迎咨询~

联系我们
武汉格发信息技术有限公司
湖北省武汉市经开区科技园西路6号103孵化器
电话:155-2731-8020 座机:027-59821821
邮件:tanzw@gofarlic.com
Copyright © 2023 Gofarsoft Co.,Ltd. 保留所有权利
遇到许可问题?该如何解决!?
评估许可证实际采购量? 
不清楚软件许可证使用数据? 
收到软件厂商律师函!?  
想要少购买点许可证,节省费用? 
收到软件厂商侵权通告!?  
有正版license,但许可证不够用,需要新购? 
联系方式 155-2731-8020
预留信息,一起解决您的问题
* 姓名:
* 手机:

* 公司名称:

姓名不为空

手机不正确

公司不为空