基于Dynaform 的方盒形件拉深起皱情况的数值模拟与分析

天津职业技术师范大学

Tianjin University of Technology and Education

小 论 文

专 业： 机械电子工程 班级学号： 学生姓名：

二〇一三年六月

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基于 Dynaform 的方盒形件拉深起皱情况的数值模拟与分析

（天津职业技术师范大学机械工程学院，天津 300222）

摘要：针对方盒形体在拉深成形过程中易出现起皱、破裂等缺陷，采用显式有限元分析软件Dynaform分析压边力、毛坯形

状、材料性能参数等因素对其成形极限的影响，以达到优化工艺过程的目的。研究结果表明：盒形件的的拉深成形受压边力影响较大，增大板料硬化指数n、厚向异性系数r及板料厚度t，有利于板料的成形。

关键词：方盒体；Dynaform软件；划分网格；冲压；数值模拟

Numerical Simulation and Analysis of Rectangular Case's Forming Based on

Dynaform

（Mechanical Engineering,Tianjin university of Technology and education,300222,China）

Abstract：Box-body in deep drawing process prone to wrinkling, cracking and other defects, by using explicit finite element analysis software of Dynafor, rough shape, material properties and other factors affecting its forming limit to the purpose to optimize the process. The results showed that: Pull box-shaped piece of dark side of the force shaping pressure greater impact, increasing the sheet metal hardening exponent n, thick anisotropy coefficient r and sheet thickness t, in favor of sheet metal forming.

Keywords：box-body; dynaform software; mesh; stamping; numerical simulation 引 言

钣金冲压成形是现代工业中一种重要的加工成形方法，已广泛应用于汽车、航天等领域，是一个包括了几何、材料以及边界条件非线性的复杂力学过程。由于冲压件成形力学过程很复杂，使得按传统的依靠实际经验和反复修模、试模进行的模具设计方法既费时又费力，现代模具设计的发展必然将计算机模拟引入冲压模具的设计过程中去。Dynaform板料成形软件，可以通过预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹等情况来评估板料的成形性能，缩短模具设计周期和改善产品成形质量等，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助。

方盒形件是典型的板料冲压成形制品，以其外形复杂、尺寸小、精度高、表面质量好等特点在工业产品中得到广泛应用，一般由多道次拉深制得，在其拉深成形过程中，坯料的凸缘部分是主要变形区，在切向压应力的作用下，可能产生失稳，其边缘材料产生皱折。轻微的起皱可以通过凸凹模间隙来调整，仅在拉深件侧壁上留下皱痕；但严重的起皱将不能满足制件的尺寸精度和使用要求，并且会导致坯料成形时不能顺利通过凸凹模间隙而造成拉裂失效。随着计算机技术的迅速发展和有限元理论研究的不断深入，塑性成形数值模拟技术己成为研究盒形件成形极限、破坏形式及其预防措施的最常用方法之一，并且己经成为当前材料成形领域的一个研究热点。

影响拉深件起皱的主要因素有：（1）是否采用压边装置以及压边力是否合适；（2）凸缘部分的润滑条件；（3）材料的机械性能，如材料弹性模量E、毛坯相对厚度 t/D 等；（4）拉深成形时的阻力大小。

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1.方盒形零件的数值模拟方案

1.1CAD 模型的建立

图1 零件尺寸图 图2 实体模型图

方盒形件的中性层面尺寸和实体模型如图1、图2所示，板料材料选取厚度为t=1mm的BUFG钢。根据Dynaform软件的反求功能和数据文件接口等条件，首先将制件展开并绘出毛坯形状；为了提高计算机的分析速度，本文采用Solidworks2012先构建出方盒形件模型，再利用曲面建模的方法创建凹模、凸模、板料和压边圈的三维模型，其中凸凹模间隙为1.1倍料厚。

1.2方盒形体拉深数值模拟方案

在方盒形体拉深成形的过程中，影响拉裂和起皱的因素很多，其中主要有以下几个方面：材料、模具间隙、圆角、板料厚度、压边力、摩擦和润滑、网格的划分、计算方法以及冲压速度等很多因素，主要讨论压边力、板料厚度、材料性能参数（板料硬化指数n、厚向异性系数r）对其成形的影响。

（1）导入模型

利用Solidworks2012将零件三维模型以IGES格式导出，并通过标准数据交换接口IGES将零件三维模型导入到板成形专用仿真软件Dynaform中进行模拟计算分析（选择“File”→“Import”菜单项，导入盒子的IGS格式的模型文

件到数据库中），其次创建和零件层（点击“零件层”→“编辑”），将建立的模型分别划分到各自的零件层，并通过

凹模间隙自动生成凸模，如图3所示；然后得到的四部分有限元网格分别定义为拉深模具的凹模（DIE）、凸模（PUNCH）、板料（BLANK）和压边圈（BINDER）。

[2]

图3 导入模型

（2）网格划分

利用Dynaform以LS-DYNA为核心采用动力显式积分算法，采用自适应网格划分功能，对工件凹模（DIE）、凸模（PUNCH）、板料（BLANK）和压边圈（BINDER）进行网格划分，并进行模型检查修补。

?曲面网格划分

依次点击下拉菜单“模面工程”→“预处理”→“曲面网格划分”，打开对话框，各参数设置如图2所示。依次点击“选择曲面”→“显示曲面”→“确定”→“应用”→“是”→“退出”，完成网格化分。

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图2

?网格检查

依次点击下拉菜单“预处理”→“模型检查/修补”→“

”→“鼠标选择零件”，然后点击模型边缘的单元，

如图3所示，如果和图中方向一样，则点击“是”表示接受，否则点击“否”。（即确保单元方向是指向模型外部的，可以认为是模型向外展开。）

图3

?显示边界

依次点击下拉菜单“预处理”→“模型检查/修补”→“击“

”取消高亮图形。

”，然后点击模型边缘的单元，如图4所示，然后点

图4

（3）生成BLANK

?点击“零件层”→“设置当前零件层”→“BLANK”→“退出”，如图5所示。

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