模具设计与制造毕业设计-1.3万字铝合金件冲压成形CAE分析.docx

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1、倘戒警工案整院ChengduTechnologicalUniversity毕业设计论文铝合金件冲压成形CAE分析一一V形件弯曲回弹规律分析学生姓名李闪班级学号22122班07号系别机械工程系专业模具设计与制造指导教师胡志华2022年05月29日摘要:实践表明，采用有限元数值仿真技术对零件成形过程进行模拟，并根据仿真结果进行冲压工艺规划和模具的设计，以改良传统冲模设计与制造过程中耗时长、成本高等缺陷，把制造过程中可能出现的问题集中在设计阶段解决，以便快速经济地制造模具，提高零件质量。本次进行V形零件的回弹分析，主要采用Dynaform方法进行相关回弹计算。通过CAE分析方法，不仅可以直观地了解零

2、件在成形后发生的回弹趋势，也可以直接进行回弹量的预测，指导实际生产和模具设计工作。关键词：模拟分析、Dynaform回弹、圆角半径厚度比Abstract：Practiceshowsthatthefiniteelementnumericalsimulationtechnologyforsimulatingpartsformingprocess,andaccordingtotheresultofsimulationandthestampingprocessplanninganddiedesign,toimprovetraditionalstampingdiedesignandmanufacturi

3、ngprocessoftime-consumingandhighcostofdefects,thepossibleproblemsintheprocessofproducingconcentratedinthedesignstagetosolve,sothatrapideconomicmoldmanufacturing,improvethequalityofparts.Thev-shapedpartsofspring-backanalysis,mainlyrelatedthespring-backcalculatedusingDYNAFORMmethod.ThroughCAEanalysism

4、ethod,notonlycanintuitivelyunderstandpartsofspring-backafterformingtendency,alsocandirectlytotheamountofspring-backprediction,toguidethepracticalproductionandmolddesignwork.Keywords:Simulationandanalysis,DYNAFORM,thespring-back,Radiusthicknessratio目录1绪论51.1 引言51.2 研究背景51.3 回弹仿真的意义61.4 板料冲压成形的主要特点61.

5、5 板料冲压成形技术国内外应用现状61.6 板料冲压成形技术发展趋势92软件简介102.1 Dynaform软件简介102.2 Dynaform的分析步骤113设计题目分析133.1 设计题目133.2 题目分析134 V形件回弹模拟154.1 创建IGS文件154.2 导入文件154.3 单元网格划分164.4 自动设置194.5 后置处理265 V形件回弹分析275.1 创建原始数据表格275.2 按不同变量创建数据305.3 整理数据及分析数据356结论417致谢478参考文献489附件491绪论1.1引言当前，板料成形仿真领域的研究集中在几个方面：揭示零件几何形状、模具几何形状及结构、

6、材料类型及性能参数等各种因素对成形结果及成形性能的影响；通过引入知识工程等技术，进一步提高成形模拟精度及仿真计算效率；板料冲压加工作为一个标准化生产过程，在汽车、轻工、航空、国防等领域应用非常广泛，在现代工业生产中占有举足轻重的地位。传统的板料冲压加工所具有特点决定了板料冲压工艺及模具的设计主要依靠设计师的经验，缺乏准确、可靠的定量分析与计算，使得设计制造的模具必须经过反复试压修改，甚至需要修改原产品的设计或报废、重制模具后，才能冲出合格的制件，这一“试模”过程，导致了各种资源及时间的巨大浪费。另外，随着冲压零件多样性、复杂性和对成形精度要求的日益提高，传统板料加工方法不仅难以保证加工质量，在

7、加工成本方面也亳无优势可言，而且模具开发周期长，难以满足市场对产品提出的低成本、低生产周期、高质量的要求，使企业失去应有的市场竞争力。板料冲压成形仿真技术正式在此环境下提出并发展起来的。其主要任务是帮助确定毛坯几何形状尺寸、预测零件成形过程中的破裂、起皱及回弹等成形缺陷、分析零件的冲压成形性能、对工艺方案和工艺参数进行优化等。板料冲压成形计算机仿真涉及数学、力学、材料科学、冲压工艺学、计算机科学、计算机图形学等多门学科的综合应用，需要综合多学科知识进行研究；其理论性很强、应用性很广。要开发出一个计算效率高、适应性强、稳定可靠、功能齐全的板料成形过程计算机仿真软件,必须将冲压工艺CAE与模具CA

8、D进行集成化，即一方面采用CAD系统为数值分析建立几何模型，另一方面采用数值分析对CAD设计结果进行评价，优化工艺参数和优化模具结构。在工程实际中应用板料冲压成形计算机仿真技术，是从根本上改进现行模具设计模式的一个有力手段，是促进模具工业技术进步的关键因素之一，对于实现工业生产现代化具有重要意义。1.2研究背景随着汽车工业的快速发展，全球汽车生产量急剧增加，虽然汽车给我们带来了方便。但随着它的增加对社会产生的负面作用也越来越严重，最为突出的是由于汽车工业带来的能源短缺以及排放出来的污染气体。这就使得全世界汽车界把可持续发展的核心放在了能源和环保两方面上。在新能源未能的得到开发利用时，使汽车更加

9、省油，更加环保的重要措施是减轻汽车的重量。在目前减轻汽车的方法主要有采用轻质材料，优化汽车结构，以及进行工艺革新。但是最为简单的方法是通过采用轻质材料，因此汽车企业普遍关注开发轻质材料的利用。目前已经有多种轻质材料用于汽车制造工业，轻质复合材料主要用在汽车覆盖件和汽车内装饰件上，用量逐年增加。与其他轻质材料相比，铝合金在汽车工业上的用量较多，是轻质材料中发展较快的材料之一。铝合金用在汽车上不仅能明显改善汽车的燃油性，而且铝合金的高回收利用率能有效的降低汽车结构件的生产成本，所以铝合金是汽车轻量化的理想材料。我国铝的资源较为丰富，且我国又是一个汽车生产大国，所以开发铝合金用在汽车车身的意义重大。

10、1.3回弹仿真的意义回弹是板料冲压成型中，尤其是在板料弯曲成型中不可避免的一种工艺缺陷，是弯曲成形中普遍存在的现象，主要是由卸载过程中内力重新分布引起的，板料成形后的回弹对精度影响极大，在进行CAE分析时对回弹进行精确预测显得非常重要。1.4 板料冲压成形的主要特点板料冲压成形计算机仿真涉及数学、力学、材料科学、冲压工艺学、计算机科学、计算机图形学等多门学科的综合应用，需要综合多学科知识进行研究；其理论性很强、应用性很广。要开发出一个计算效率高、适应性强、稳定可靠、功能齐全的板料成形过程计算机仿真软件，必须将冲压工艺CAE与模具CAD进行集成化，即一方面采用CAD系统为数值分析建立几何模型，另

11、一方面采用数值分析对CAD设计结果进行评价，优化工艺参数和优化模具结构。在工程实际中应用板料冲压成形计算机仿真技术，是从根本上改进现行模具设计模式的一个有力手段，是促进模具工业技术进步的关键因素之一，对于实现工业生产现代化具有重要意义。主要表现在以下几个方面：增加产品和工程的可靠性；在产品的设计阶段发现潜在的问题；经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本；缩短产品投向市场的时间模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费。1.5 板料冲压成形技术国内外应用现状国际上早在60年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析程序，但真正的CAE软件是诞生于70年代初期，而近15年则是CAE软件

12、商品化的发展阶段，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进行了大幅度的改进与扩充。这就使得目前市场上知名的CAE软件，在功能、性能、易用性、可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求，从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。目前流行的CAE分析软件主要有NASTRANADINAANSYSABAQUSMARC、MAGSOFTCoSMOS等。MSC-NASTRAN软件因为和NASA的特殊关系，在航空航天领域有着很高的地位，它以

13、最早期的主要用于航空航天方面的线性有限元分析系统为基础，兼并了PDA公司的PATRAN,又在以冲击、接触为特长的DYNA3D的基础上组织开发了DYTRANo近来又兼并了非线性分析软件MARC,成为目前世界上规模最大的有限元分析系统。ANSYS软件致力于耦合场的分析计算，能够进行结构、流体、热、电磁四种场的计算，己博得了世界上数千家用户的钟爱。ADINA非线性有限元分析软件由著名的有限元专家、麻省理工学院的KJBathe教授领导开发，其单一系统即可进行结构、流体、热的耦合计算。并同时具有隐式和显式两种时间积分算法。由于其在非线性求解、流固耦合分析等方面的强大功能，迅速成为有限元分析软件的后起之秀

14、，现已成为非线性分析计算的首选软件。20世纪90年代，板料冲压仿真分析应用的重点正逐渐转移到复杂型面覆盖件的工艺分析上，在这个时期，在国际上出现了众多的商品化软件如表1.1。国内外常用的板料冲压成形CAE分析软件表1.1国内外常用的板料冲压成形CAE分析软件本构模型/时间积分软件名开发者国家刚塑性材料模型SHEET-3OhiO州立大学美国MFP2D/3DCatalunya大学西班牙Formsys-SheetKAIST韩国CASHEKAIST韩国弹塑性材料模型静力隐式算法MTLFRM福特汽车公司美国DIEKATwente大学荷兰LagamineLiege大学比利时Calembour氏OIe公司法

15、国ABAQUSH.K.S公司美国FLECHECompiegne工大法国AUTOFORMETH公司瑞士BENDl福特汽车公司美国INDEEDINPRO德国PROFIL国立科学研究院法国MARCMarcanalysis美国弹塑性材料模型静力显式算法ROBUST大阪大学日本ITAS-3D2DRIKEN研究所日本弹塑性材料模型动力显式算法LS-DYNA3DLivennore公司美国PAM-STAMPESL公司法国ETA/DYNAFROMETA公司美国ABAQUS/EXPLICITH.K.S.公司美国CES-3DCatalunya大学西班牙近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃。我国关于板料冲压仿真技术的研究始于20世