钣金模具综合实验
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完成时间： 2013-1-1
目录
一、有限元模拟实验基本过程： (4)
1．CAD建模： (4)
2、CAE 建模 (6)
3、CAE 分析结果： (7)
二、有限元模拟成形结果的初步分析： (8)
三、改变参数： (8)
四、冲压成形过程实验 (12)
五、总结与体会 (13)
一、有限元模拟实验基本过程：
1．CAD建模：
有限元模拟实验用板材为：铝合金DQSK36，板料厚度：1.0mm。
基本材料属性为：密度：ρ =7.85e-9 Kg/mm3；杨氏模量：E = 207000.0MPa；
泊松比：v = 0.28。
根据材料成形性能试验，获得材料的基本力学成形性能参数：
●材料加工强化系数：K = 520.4 MPa；
●材料加工硬化指数：n = 0.232；
●平均厚向异性指数：r avg =1.315；
●板料成型摩擦系数：μ=0.125 。
◆凹模尺寸：
凹模法兰尺寸为205*205，底部尺寸为45*45，高度为40，圆角半径为10
图1 凹模的几何形状 （mm ） 原始板料的几何尺寸及其单元尺寸：
图2 初始板料的有限元网格（mm ）
40
R = 10
2、CAE 建模
◆凸模、凹模、压边圈、板料的有限元网格图：
图3 有限元网格图
◆有限元模拟参数设定过程：
2.1 新建文件及导入文件：
新建Train.df，依次导入die、punch、blank三个.nas文件。导入后进行标准化，即在【Parts】下【Edit】中将四个图层分别命名为DIE、PUNCH、BINDER和BLANK。
2.2 构建凸模：
在PUNCH图层下，只显示PUNCH图层，利用【Element】中【Delete】功能，剪掉外圈部分，只剩下凸模。
2.3 构建压边圈：
在BINDER图层下，只显示BINDER图层，利用【Element】中【Delete】功能，剪掉中心凸模的部分，只剩下压边圈。
到此完成后，DIE为凹模、PUNCH为凸模、BINDER为压边圈、SHEET为板料。
2.4 有限元模拟：
2.4.1 选中【Setup】中的【AutoSetup】，板料厚度1.0，选择单动
类型，以上模\下模为工具参考面。
2.4.2 定义板料的几何模型为blank，并在材料库中选择材料为
DQSK36，板料厚度为1mm。
2.4.3 在Tool中分别定义DIE、PUNCH、BINDER，由于名字是按标
准定义的，可以直接点击【AutoAssign】。
2.4.4 然后进行定位设置。点击【positioning】，进行定位设置。
位置处选择10-punch，并勾选后两项。
2.4.5 在Tool中分别将DIE、PUNCH、BINDER中的 friction coef 的
第二框都改为“Aluminum。
2.4.6在【Process】->【drawing】中【binder】的选项框中将binder
的运动方式设为【velocity】，其余按默认。
2.4.7 点击【Preview】中【Animation】，点击【play】可以进行动画
演示。然后提交任务，点击【submit】，在出现的对话框中选中single
precision，在其后的选项框中连接安装文件中的Dynaform
5.7/lsdyna.exe。点击【submit】等待运算结束。并存相应文件。
3、CAE 分析结果：
采用以上默认参数进行CAE建模后，经后处理得以下成型厚度分布图和凸模冲头力与时间的曲线图。
成形后厚度分布图凸模冲头力与时间的曲线图
图4 默认参数成形图
二、有限元模拟成形结果的初步分析：
根据基于初始参数的有限元模拟成型结果图，分析可知板料最大厚度为1.148mm，最小厚度为0.917mm，原始厚度为1.0mm，变厚发生在法兰部分，变厚14.8%；变薄发生在凹模圆角处，变薄8.3%，未出现起皱和破裂现象，属于合格品。
三、改变参数：
1、材料参数：
加工硬化系数K对冲压模拟结果的影响：
★K=420MPa时
成形后厚度分布图（mm）凸模冲头力与时间的曲线
图5 K=420MPa时的成形图
★K=620MPa时
成形后厚度分布图（mm）凸模冲头力与时间的曲线图
图6 K=620MPa时的成形图
分析：
Ｋ为420MPa时，板料最大厚度为1.013mm，最小厚度为0.767mm，凸模冲头力最大为19.3KN；
Ｋ为620MPa时，板料最大厚度为1.024mm，最小厚度为0.798mm，凸模冲头力最大为27.5KN。
根据以上分析可知：
▲Ｋ值越小，板料变薄越明显，最大凸模冲头力越大；
▲Ｋ值的变化对板料厚度的影响较小，而对凸模冲头力的影响较大。
2、工艺参数：
硬化指数n对冲压模拟结果的影响：
★n=0.1时
成形后厚度分布图（mm）凸模冲头力与时间的曲线图
图7 n=0.1时的成形图
★n=0.3时
成形后厚度分布图（mm）凸模冲头力与时间的曲线图
图8 n=0.3时的成形图
分析：
n为0.1时，板料最大厚度为1.032mm，最小厚度为0.806mm，凸模冲头力最大为23.7KN；
n为0.3时，板料最大厚度为1.002mm，最小厚度为0.711mm，凸模冲头力最大为24.5KN。
3.摩擦系数μ的影响
μ=0.075时
成形后厚度分布图（mm）凸模冲头力与时间的曲线图μ=0.175时
成形后厚度分布图（mm）凸模冲头力与时间的曲线图▲μ值越大，板料变薄越明显，最大凸模冲头力越大；
▲μ值的变化对板料厚度和凸模冲头力的影响都较小。
四、冲压成形过程实验
本实验所做成品如下图
1 压边力对成型的影响
从上图第2排
的横向比较可以看出，当压边力太小时，起皱现象明显，然后随压边力的增大而减弱。而当压边力太大时，材料的延展收到限制而产生了破裂现象。
2 材料对成型的影响
从上图的纵向对比可以看出，最下排的材料成型性较差，不易成型。所以不同材料在相同条件下成型能力还是有很大差别的，应该根据成型条件和成本控制选择相应的材料。
3润滑对成型的影响
从上图可以看出，当材料由于压边力太大而破裂时，可以采取加润滑油从而减小摩擦方式，使材料可以顺利拉伸成型。
五、总结与体会
第一次接触Dynaform这个软件，刚开始使用时出现了很多问题，尤其是后面模拟冲压时，总会冲破或冲飞了，经过同学的讨论和几次的重做，终于做出好的零件。
再加上在实验室进行的冲压实验，跟加深了对该软件的理解，和对冲压的认识，在此要感谢实验室老师对我们的指导。