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冲压成形有限元仿真基本理论

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板料冲压成形的弹塑性有限元仿真分析方法

板料冲压成形的弹塑性有限元仿真分析方法

ＬＩＣｈｅ ｇ ｃ ｎ ｎ — ｈｅ ， ＰＡＮ ａ — ｕ ， Ｘｉｏ ｈ ｉ Ｈ ＡＮ ｕ ｑ ｎ Ｘｉ — ｉ ｇ
（ ． ｈ ｏ ｆＭ ｅ ｈａ ｒ ｎ ｃ Ｅｎｇ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ｉ ｅ ｓ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ３ ０ ２，Ｃｈ ｎ １ Ｓｃ ｏ ｌｏ ｃ ｔ ｏ ｉ ｉ ｅ ｒｎ ａ ｇ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｇ ｈ ｎ１ ０ １ ｉａ ２ Ｓｃ ｏ ｌｏ ｓｃ Ｓｃｅ ｅ ． ｈ ｏ ｆＢａ ｉ ｉｎｃ ，Ｃｈａ ｇｃ ｕ ｎ ｈ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｓ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ，Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ３ ０ ２，Ｃｈ ｎ ） ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇｙ ａ ｇ ｈ ｎ１ ０ １ ｉａ
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板 料 冲 压 成 形 的 弹 塑 性 有 限元 仿 真 分 析 方 法
厉 呈 臣 潘 晓 辉 韩 秀 清 ， ，
（ ． 春 工业 大 学 机 电 工程 学 院 ，吉 林 长 春 １ ０ １ ；２ 长 春 工 业 大 学 基 础 科 学 学 院 ， 林 长 春 １ ０ １） １长 ３０２ ． 吉 ３ ０ ２
Ｏ 引 言
板 料 成 形 是 利 用 模 具 对 金 属 板 料 的 冲 压 加 工， 获得质 量轻 、 面光 滑 、 型美观 的冲压 件 ， 表 造 具
现 使这 些 问 题 有 了 巨大 的改 善 。板 料 成 形 Ｃ ＡＥ
分 析 软件 ， 以在 产 品原 型 设 计 阶 段进 行 工 件 坯 可 料 形状 预示 、 品可成 形性 分析 ， 产 以及工 艺方 案优 化 ， 而有 效地 缩短 模具 设 计周 期 ， 从 大大 减少 试模
冲压CAE分析的有限元基础 ppt课件

冲压CAE分析的有限元基础 ppt课件


ppt课件
5
冲压CAE分析的内容 产品工程设计阶段对工艺数模、铸造数模进行
可成型性分析。 分析产品的可成型性，是否有冲压缺陷如： 是否有冲压负角
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6
复杂的产品造型使冲压负角不易被 发现：如一些汽车的内板件
解决的办法？
用CATIA看断面图
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更简单的方法？
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8
数模修改前版本 数模修改后版本
注：对于左右件合并的情况，有两个基准点。
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13
2.冲压方向，制件转角以及转角顺序 各冲压工序都必须有冲压方向。拉延冲压方向选取时考虑：制件在任何地方没 有负角，制件在前后左右方向尽可能对称，尽可能减小在冲压方向上的高度 差，目的是为了使进料均匀。修边的冲压方向选取时主要考虑的是修边刃口 的角度，一般控制在±15度以内，超出这个范围要么改变冲压方向，要么使 用斜楔侧修边。
度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、 温度、压力等分布的动态显示图。我们称这一过程为CAE的后处理。针对不同的 应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的运动和 运行状态。
ppt课件
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CAE软件按研究对象分为：静态结构分析，动态分析；按研究 问题分为线性问题，非线性问题； 主要有：Hyperworks，主要做前处理（分单元加载荷加约 束）和后处理（看输出结果和仿真） I-DEAS，同时也做CAD Ansys，很经典的CAE，国内应用最广，客户成熟度最高， 尤其是在高校科研领域。 Abaqus，强大的非线性复杂动态问题求解器，专门汽车分 析模块， LS-DYNA，强大的动态问题求解器，专门汽车分析模块， Nastran，线性问题求解器 Pam crash，专门的碰撞研究软件 Moldflow，模流分析软件 AutoForm，钣金冲压，特别是拉深分析软件 Madymo，汽车安全系统，如气囊，安全带整车碰撞性能 分析软件
DP600高强钢零件冲压成形有限元仿真及试验-刁可山

DP600高强钢零件冲压成形有限元仿真及试验-刁可山

b
图5 F ig 5
n= 0 13 时应变状态在 FL D 中的分布 St rain distributio n in F L D with n= 0 13
= 633M Pa, n = 0 17 和
要保证零件整体成形的安全裕度 , n 值应 控制 在n 0 15。 1 3 3 典型材料的仿真分析 选取宝钢大批次生产的实际性能的材料进一步 进行分析 , 根据大批次生产的 1mm 的 DP 600 电镀 纯锌钢板的力学性能的统计结果 , 按照设定的屈强 比 s / b < 0 68, n 0 15 的标准, 选取 5 种典型材 料进行分析 , 最大减薄率计算结果如表 2 所示。从 分析结果看 , 同样表现出随着屈强比的增大和 n 值 的降低 , 最大减薄率有升高的趋势。另外, 5 种材 料的应变状态分布均在 FL C 曲线下方, 表明零件没 有开裂。
表1 T ab 1 方向 0! 45! 90! 屈服强 度 / M Pa 351 367 373 宝钢 DP600 的材料性能 抗拉强 度/ M P a 633 641 648 M echanical propert y of D P600 steel sheet 延伸率 / % 28 29 28 n值 r值 图2 Fig 2 拉延筋设置
图4 零件变形状态和安全裕度分布
a) 零件变形安全状态 ; b ) 应变状态在 FLD 中的分布
F ig 4 F or mabilit y and safety analyses o f the par t
杂。在实际生产过程中, 供货的材料性能必然存在波 动, 对零件安全裕度造成影响, 借助于有限元仿真分 析, 可以方便地得出材料性能对零件成形的影响, 对 于合理控制材料性能具有重要的指导意义。 高强钢 由于成形性能 的下降, 容 易产生开 裂, 因此保障成形顺利需予以特别关注。以 DP 钢为代 表的高强度钢板 , 材料性能控 制参数为屈服强 度、 抗拉强度、材料 硬化指数 n 和延伸 率 。很明 显, 低的屈强比、高的延伸率和 n 值 , 均有利于成 形, 但相应增加了钢厂的生产成本和控制难度, 因此需 要对钢板性能的范围进行合理控制。 1 3 1 屈服强度的影响规律 保持材料性能 参数
影响板料冲压成形质量因素的有限元分析

影响板料冲压成形质量因素的有限元分析

影响板料冲压成形质量因素的有限元分析引言：冲压技术在汽车、家具、仪表等产业中占据着重要的地位，用于生产各种机械零部件。

由于冲压成形提供了优质的外观外貌和质量，它已成为制造商制造出高质量产品的重要工具。

有限元分析正是用于分析冲压成形质量影响因素的有效工具之一。

本文旨在探讨有限元分析在冲压板料成形质量方面影响因素。

一、基于有限元分析的冲压成形1.1有限元分析原理有限元分析（FEA）是一种基于计算机的计算方法。

它通过求解物体的物理量来确定建模物体的行为。

有限元分析可以模拟复杂的结构物，并计算它们的参数，而不需要构造大量的实验。

有限元分析的基本思想是将复杂的结构物拆分成一些简单的单元，分别将每个单元的力学特性定义为一系列方程，然后求解出整个结构物的特性和行为。

1.2限元技术在冲压成形中的应用有限元分析可以用来分析冲压成形过程中材料的变形以及最终产品的质量。

通过对材料的变形的分析，可以得出有关冲压模具设计、工艺参数等的关键信息。

有限元分析可以模拟板材材料的冲压成形过程，从而得出不同参数下相应的冲压成形尺寸和最终产品质量。

二、影响板料冲压成形质量的因素2.1料厚度板料厚度对冲压成形精度有直接影响，板料厚度越大，冲压失去越高，板材材料冲压成形精度越差。

冲压技术研究表明，板料厚度在1.5~3.5mm之间时，最适合冲压成型。

2.2压模具设计冲压成形的质量取决于模具设计的质量，模具设计的好坏决定了板料的变形和最终产品的质量。

一般来说，模具的设计应该从安全的角度出发，考虑冲压设备的受力、冲击角度等。

2.3压工艺参数冲压工艺参数包括压力、冲深、冲速、冷却条件等，这些参数直接影响木冲压成形质量，压力过大容易导致破坏，冲速过快也会对冲压质量产生负面影响。

有限元分析可以根据板材材料的特性，确定合适的工艺参数，以获得最佳的冲压成形重量。

三、总结本文从有限元分析的原理和冲压成形的应用分析出有限元分析在冲压板料成形质量方面的作用，并提出了影响板料冲压成形质量的因素，即板料厚度、冲压模具设计和冲压工艺参数。

钛及钛合金板材冲压成形及有限元模拟

钛及钛合金板材冲压成形及有限元模拟

钛及钛合金板材冲压成形及有限元模拟王艺;毛小南;戚运莲;刘伟;孙花梅【摘要】综述了钛及钛合金薄板的塑性及冲压成形性,在此基础上研究了钛板冲压成形的影响因素,着重分析了压边力、模具尺寸对钛板冲压成形的影响.然后介绍了有限元模拟的基本原理及壳单元、本构方程的选择,并利用DYNAFORM软件模拟了TA2纯钛半球形工件的成形过程,并对压边力进行优化,得出最适压边力范围为27~37 kN.%In this paper , the plasticity and formability of titanium and titanium alloy sheets were reviewed , and the influence factors of sheet stamping were studied .The effects of blank holder force and die size on stamping process were analyzed.Finally, the basic principles of finite element simulation and selection of constitutive equation and shell element were introduced .Using DYNAFORM software to simulate the forming process of TA 2 titanium hemispherical workpiece , and to optimize the blank holder force , it is found that the optimum blank holder force range is 27~37 kN.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2017(034)005【总页数】5页(P1-5)【关键词】钛及钛合金;冲压成形;压边力;有限元模拟【作者】王艺;毛小南;戚运莲;刘伟;孙花梅【作者单位】东北大学,辽宁沈阳 110819;西北有色金属研究院,陕西西安 710016;西北有色金属研究院,陕西西安 710016;西北有色金属研究院,陕西西安 710016;西北有色金属研究院,陕西西安 710016【正文语种】中文【中图分类】TG386钛及钛合金的冲压成形是利用大型冲压设备与相应的模具，对钛材施加一定的压力，使其发生塑性变形，获得一定形状的压力加工方法。

冲压成形的基本理论

冲压成形的基本理论

一.加工硬化现象 材料在塑性变形过程中，伴随变形程度旳增长，其变形抗力和
硬度提升而塑性下降。 加工硬化对塑性变形旳影响: ❖ 不利旳一面——使所需旳变形力增长，而且限制了材料进一
步旳变形。 ❖ 有利旳一面——板料硬化能够减小过大旳局部变形，使变形
趋于均匀，从而增大成形极限，同步也提升了材料旳强度。
19
一临界值（与应力状态无关）时，材料就开始屈服。经过单向
拉伸试验可得出，此临界值等于材料旳屈服极限
。
s
等效应力：
2 2
(1 2 )2 2 3 2 3 12
则密塞斯塑性条件可体现为：
( 1
2 )2
2
3 2
3
1 2
2
2 s
9
1.1 塑性变形与应力应变 经过计算可知，两个条件之间差别很小。若把上式进行简化，
设 1 2， 则 3最大剪应力理论可表达为：
max (1 3 ) 2 s 2
或
1 3 s
这一理论形式简朴，与试验成果基本相符，用于分析板料成形问 题有足够旳精度。但其忽视了中间应力旳作用，所以不够完善。
8
1.1 塑性变形与应力应变
2. 密塞斯塑性条件
密塞斯提出：任意应力状态下，当某点旳等效应力 到达某
屈雷斯卡(H．Tresca) 塑性条件（最大剪应力理论） 密塞斯(von Mises) 塑性条件
7
1.1 塑性变形与应力应变
1. 屈雷斯卡塑性条件（最大剪应力理论） 屈雷斯卡提出：任意应力状态下，只要最大剪应力到达某临界值 （与应力状态无关）后，材料就开始屈服。经过单向拉伸试验可 得出，此临界值等于材料屈服极限旳二分之一。
24
1.2 加工硬化与硬化曲线
② S 硬 化直线 用真实应力与真实应变建立坐标系，硬化曲线上缩颈点处旳切线 斜率为 Sb。
汽车厚板料件冲压成形的有限元模拟

汽车厚板料件冲压成形的有限元模拟

汽车厚板料件冲压成形的有限元模拟摘要：本文对汽车厚板料件冲压成形进行了有限元模拟。

关键词：厚板料，冲压，有限元目前，我国汽车板料零件设计、制造水平不断提高，薄板料零件冲压成形CAE技术的应用已日趋成熟，但厚板料（厚度大于5mm)冲压成形、失效判定和回弹计算方面还没有一个明确的计算方法和分析思路，厚板料零件冲压成形CAE技术应用也远不如薄板成熟，本文对某汽车厚板料零件冲压成形进行了有限元模拟。

1三维模型的建立本文对某汽车厚板料U形件进行冲压成形分析，其三维模型见图1.1。

图1.1 三维模型2有限元分析2.1分析过程材料为钢板，弹性模量为207000MPa,泊松比为0.31，密度为7.85E-009，材料定义为塑性材料，凸模和凹模定义为刚体。

在成形过程中，施加的是位移，让板料变形。

有限元分析时采用的是壳单元，因为板料厚度小于9mm。

具体过程如下：图2.1 网格划分图2.2 接触的定义2.2应力应变分析图2.3 应力图2.4 应变由应力应变分析知，板料最大应力和最大应变部位都在U形件弯曲部位，这与实际相符。

3 结束语本文对某汽车厚板料U形件的冲压成形进行了有限元模拟，为汽车厚板件CAE提供一定的理论指导。

但本文研究深度不够，有待进一步完善。

参考文献：[1]张宝坤.冲压成型回弹模拟的影响因素[J].汽车工程师.2009(09)[2]富壮.汽车厚板料零件冲压成形分析及回弹计算.汽车工艺与材料.2011（11）[3]李奇涵,张亮等. 汽车后门外板件冲压成形CAE研究[J].长春工业大学学报(自然科学版). 2014(03)[4]徐思寿. 铸造模具中CAE技术的应用与研究[J]. 建材与装饰. 2017(22)[5]蒙敏.模具设计过程中CAE软件的应用[J]. 中国设备工程. 2017(18)赵生莲，攀枝花学院讲师邮编：617000通讯地址：四川省攀枝花学院交通与汽车工程学院联系电话：151****9861基金项目：2014年校级一般项目（2014YB20）。

板料冲压成形及回弹有限元模拟分析

板料冲压成形及回弹有限元模拟分析

静力隐式时间积分算法假设板料冲压整个过程均处于类似平衡状态，其每一时间积分步均保持平衡条件.把物体离散为有限元单元后，将所有的节点方程集合起来就可以得到：
Ku=F
式中K为总刚度矩阵；u为位移向量；F为节点载荷向量。
在隐式算法中，对于第i个给定的加载增量，用Newton-Raphson迭代法，需要求解下面的方程：
板料冲压成形及回弹有限元模拟分析
摘要
回弹是板材冲压成形过程中不可避免的普遍现象，直接影响到冲压件的尺寸精度和零件最终形状。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件中的非线性动力的显式、隐式连续求解功能，模拟了板料冲压成形过程与卸载后板料回弹变形的全过程，得到了成形过程中任一时刻各处Von-Mises应力云图和应变值及卸载后板料的回弹结果，帮助我们更好的认识分析板料冲压成形以及回弹过程中物质内部的变化。
ANSYS／LS-DYNA是一个通用的显示非线性动力分析有限元程序，近年来开发的板料冲压成形数值模拟新功能，取得了很大成功。通过计算，可以观察板料冲压成形过程中的变形状态、应力状态和壁厚变化，了解可能出现的起皱和开裂现象。此外，ANSYS／LS-DYNA程序具有显式、隐式求解功能，用显式求解模拟动态成形过程，然后用隐式求解模拟线性回弹变形。这不仅能够模拟材料变形过程，而且也能较好地计算回弹现象，比较准确地得到材料最终成形状态。
关键词：板材冲压，回弹，非线性有限元分析，数值模拟
Sheet metal stamping and rebound finite element simulation analysis
Abstract
The rebound is inevitable common phenomenon in sheet metal forming process, a direct impact on the final shape to the dimensional accuracy of the stampings and parts. In this paper, the nonlinear dynamic finite element software ANSYS / LS-DYNA explicit, implicit sequential solution function to simulate thespringbackdeformation of the sheet after sheet metal stamping process and uninstall the whole process, forming process at any time throughout the Von-Misesstress cloud and strain and after unloading sheetspringbackresults, help us to a better understanding analysis sheet metal stamping and rebound process material internal changes.
汽车覆盖件冲压成形仿真有限元方程及其解法

汽车覆盖件冲压成形仿真有限元方程及其解法


Ｉ Ｌ Ｊ ｌ （ Ｉ 】 ｒ Ｌ ｕ 『 ） ， 令 （ Ｕ ｔ ） ， △ ｕ Ｉ ＝ Ｌ ｕ ｔ ，
则有 ： Ａ ｋ （ ｕ ） △Ｕ
整个分析 过程 中参 考构形始终 一致 、保持 不变 的 Ｌ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｉ ａ ｎ
格式（ Ｔ ｏ ｔ ａ ｌ Ｌ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｉ ａ ｎ Ｆ ｏ ｒ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｔ ． Ｌ格 式 ） ； 另 一 种 是 所 有 的
Ｌ格 式 ） 。
ｕ ｔ ＋ Ａ ｔ ＝ ｕ ＋ △ｕ ｌ 的位 移 。 ２ ． ２ 静 力 隐式 解 法
（ ４ ）
只要选择载荷步 Ａｆ ＝ ｆ ｏ ＇ ＋ ￣ ＇ － Ｌ ｔ 足够小 ，即可得到较高精度
对于汽车覆盖件 冲压成形这种 大位移 、大转 动 、大应 变 ｆ 即几何和材料 双重 非线 性） 的非线性 问题 ， 宜采用 Ｕ ． Ｌ格式 的
Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ
ＺＨＡＮＧ Ｍｉ ｎ ｇ－ ｙｕ ，Ｄ ＵＡＮ Ｙ ａ ｎ
（ Ｍｕ ｄ ａ ｎ ｊ ｉ ｏ ￣ ｇ Ｃ ｉ ｔ ｙ Ｒ ｏ Ｍ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｏ ｆ ｉｃ ｆ ｅ ， Ｍｕ ｄ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ￣ｉ ａ ｎ ｇ １ ５ ７ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘
仿 真。
要： 文章通过对 汽车覆盖件 冲压成形仿 真有限元方程及其 算法的研 究， 认 为动 力显式 解法更适合 于冲压成形
冲压分析的有限元基础ppt详解.

冲压分析的有限元基础ppt详解.

❖ 接触点的搜寻；
❖ 接触力的计算；
❖ 接触应力的计算等。
第29页，共30页。
使用软件
Dynaform、autoform、pan-stamp
第30页，共30页。
数模修改前版本 数模修改后版本
已在允许的范围内
第9页，共30页。
其他冲压缺陷
❖ 开裂/减薄
❖ 起皱/叠料 ❖ 回弹扭曲 ❖ 变形不足（刚性不足） ❖ 表面缺陷
最重要的是通过CAE分析出冲压工艺不能解决的问题。
第10页，共30页。
CAE分析的步骤
方法一：参数化建模，构件的布尔运算，有限 元网格的自动剖分，节点自动编号与节点参 数自动生成，荷载与材料参数直接输入与公 式参数化导入，有限元分析荷载数据的生成， 有限元分析数据文件的生成与导出等.
❖ 这里因为是把搞清构件的整体变形为目的，对于仅用1 个或2 个节点这样的程度是不够的。 将线条十等分，用11 个节点来求整体的变形。
❖ 各个单元，除了端点外借助于节点连续地连接起来。
❖ 节点之间没有单元的话或有重节点的情况等等，作为有限元模型都是不合适的。
❖ 具体的制作步骤可以用系统的网格划分功能，自动地形成单元和节点。 ❖ 此时，划分的形状和划分的数量，要根据情况输入到网格划分法中去。
注：对于左右件合并的情况，有两个基准点。
第13页，共30页。
2.冲压方向，制件转角以及转角顺序
各冲压工序都必须有冲压方向。拉延冲压方向选取时考虑：制件在任何地方没有负 角，制件在前后左右方向尽可能对称，尽可能减小在冲压方向上的高度差，目的 是为了使进料均匀。修边的冲压方向选取时主要考虑的是修边刃口的角度，一般 控制在±15度以内，超出这个范围要么改变冲压方向，要么使用斜楔侧修边。
板料冲压成形及回弹有限元模拟分析

板料冲压成形及回弹有限元模拟分析

板料冲压成形及回弹有限元模拟分析摘要回弹是板材冲压成形过程中不可避免的普遍现象,直接影响到冲压件的尺寸精度和零件最终形状。

本文利用ANＳYS/LS-DYNA有限元软件中的非线性动力的显式、隐式连续求解功能，模拟了板料冲压成形过程与卸载后板料回弹变形的全过程，得到了成形过程中任一时刻各处Ｖoｎ-Mｉses应力云图和应变值及卸载后板料的回弹结果,帮助我们更好的认识分析板料冲压成形以及回弹过程中物质内部的变化。

关键词:板材冲压,回弹,非线性有限元分析，数值模拟Ｓhｅeｔｍｅtaｌstamping and rebｏｕnd fiｎite elｅmenｔsｉmulation analysisＡbsｔrａcｔTｈe rebound is ｉnevitablｅｃommon ｐhenomeｎon in sheet ｍｅtal forming procesｓ, a direcｔｉｍpaｃｔｏn theｆiｎal shape to ｔhe dimｅnsional accｕracy ｏｆｔhｅsｔamｐinｇs aｎｄpａrｔs. Iｎｔhiｓpapｅr, the nonlｉneaｒdｙnaｍic finite elemenｔsoｆtｗare ANSＹS / ＬS-ＤYNA explｉcｉt，impliｃiｔsequenｔial solutｉonｆunｃtiｏn to simuｌate thｅspringbacｋdefｏｒmａtion oｆtｈe sｈe ｅt aｆteｒsｈeet meｔal stampｉｎg prｏcess and uｎｉnsｔall tｈｅwhoｌe prｏcess, forming pｒoceｓs at ａｎy tiｍe ｔhｒｏuｇhout the Ｖon-Mises stress cloud anｄsｔraiｎａnｄaｆｔer uｎｌoａdｉｎｇsheet springｂack rｅsuｌts, ｈelpｕs to a bｅtter unｄｅｒｓtａnｄinｇanａlysｉs sheｅt mｅｔal sｔaｍpｉng ａnｄrebound proceｓs matｅrial ｉntｅrｎａl chaｎｇｅs.Keｙwords: ｓheet ｍｅtal stampinｇ, rebound, nｏｎlinear fｉniｔe elemenｔanａｌｙsiｓ, nuｍeｒical siｍｕlation1 引言金属板料冲压成形是压力加工的重要组成部分,薄板金属在压力作用下由模具引导成形的过程是一个十分复杂的物理过程，由于模具几何结构尺寸、接触摩擦和压边力等因素的影响,在金属的成形过程中常发生起皱现象。

冲孔有限元模拟-概述说明以及解释

冲孔有限元模拟-概述说明以及解释1.引言1.1 概述冲孔是一种常见的金属加工方法，广泛应用于制造业中的各个领域。

它通过在金属材料上施加一定的压力，使用冲头和模具将金属材料压制成所需形状的孔洞。

冲孔工艺可以用于制造各种金属制品，如汽车零部件、家电外壳等。

冲孔工艺的质量和效率对产品的性能和生产效率有着重要影响。

传统的冲孔过程依赖于经验和试错来调整冲头和模具的设计参数，这种方法效率低下且容易产生不稳定的产品质量。

为了提高冲孔工艺的稳定性和效率，有限元模拟成为一种重要的研究工具。

有限元模拟是一种基于数值计算的方法，可以对冲孔工艺进行虚拟仿真。

通过建立冲孔过程的有限元模型，可以模拟材料在受力过程中的变形、应力分布等物理特性。

有限元模拟可以帮助工程师预测和优化冲孔工艺参数，提高产品的质量和冲孔的效率。

本文将首先介绍冲孔工艺的基本原理和流程。

然后，将详细解释有限元模拟的原理和方法，并讨论其在冲孔工艺中的应用。

最后，通过对模拟结果的分析，提出改进冲孔工艺的建议和展望。

通过本文的研究，我们希望能够深入理解冲孔工艺和有限元模拟之间的关系，为优化冲孔工艺提供科学的方法和指导。

这对于提高产品质量、降低生产成本和提高生产效率具有重要意义。

1.2 文章结构文章结构本文主要包含以下几个部分：1. 引言：简要介绍本文的背景和目的，并概述后续章节的内容安排。

2. 正文：2.1 冲孔工艺介绍：详细介绍了冲孔工艺的定义、工作原理以及在实际生产中的应用。

包括冲孔的目的、影响因素、常见的冲孔工艺类型等内容。

2.2 有限元模拟原理：阐述了有限元模拟的基本原理和步骤。

包括有限元分析的概念、有限元模型的建立和网格划分、边界条件的设定以及求解过程等。

同时，结合冲孔的特点，介绍了有限元方法在冲孔模拟中的应用。

3. 结论：3.1 模拟结果分析：总结和分析了有限元模拟得到的冲孔过程中的关键参数和性能指标。

通过对模拟结果的比较和分析，得出了对冲孔质量和效率的评价。

板料冲压成形的数学分析和有限元模拟


曲线 ， 中横轴为冲压 凸模行程坐标 ， 其 纵坐标为冲压 板料的冲压是轴对称冲压 ， 材料 的内部等效应力变化 力坐标。由上 图可知板料 冲压 成形期 间所需 的冲压 是 轴对称 的 。 力并不是直线上升而是呈线性变化 ， 当冲压力达到某 对于与整体有关 的成形力和形状 ， 有限元分析通 定值 时 （ 冲压 行程 达到 某一 位置 时 ） 冲压力 上 升 常可以进行准确的模拟分析 ， 或 ， 但它对局部量计算结果 趋势 即 会大大 降低 ， 至不 变 。 图 ３只 是单 一 厚 度下 分 析有很 大 的差 别 。金 属 板 料 冲 压 成 形 的数值 模 拟 甚 的材 料 冲压力 的 变化 ， 式 （ ） 明 冲压 力 的变 化 与 对 塑性 加工 成形 的模 拟 分析 仍 处 于起 步阶 段 ， 电脑 而 １说 用 板料 的压 边力 、 板料 的厚 度 等各 方 面 因素都有 关 系。 进行数值模拟 ， 模拟的结果依赖程序的本身和使用者 图 ４为板 料 冲压成 形各 节 点 最 终 位移 方 向 ， 由图 的操作 过程 。板 料 成 形 加 工 的数 值 模 拟 分 析 软件 今 明显可 以看 出 ， 凸模正 下方 区域 各节 点 位 移方 向最 终 后 更应 向专 用化 、 成化 、 能化 方 向继续 发展 。 集 智 竖直 向下 ， 凹模 、 而 凸模 之 间 区域 各节 点 由于 凸 模 的 拉伸 作 用 而 斜 向 下 运 动 ， 体 朝 着 凸模 刃 口区域 ， 总 而
第２ ０卷 第 １ 期 ２１ ０２年 １月
河南机 电高等专科学校学报
Ｊｕｎｌ ｆ ｅ ａ ｃａ ｉ ｌａｄＥｅｔｃ ｎｉｅｒ ｇＣ ｌ ｇ ｏｒａ ｏ ｎｎＭｅｈｎｃ ｎ ｌｃ ｉ Ｅ ｇｎｅｉ ｏｌ ｅ Ｈ ａ ｒａ ｌ ｎ ｅ

冲压成型过程计算机仿真的原理及步骤

冲压成型过程计算机仿真的原理及步骤冲压成型过程计算机仿真的原理及步骤薄板冲压成型过程包含了多个复杂的物理过程，如板料的弹塑性变形过程，板料与模具的摩擦磨损过程，摩擦生热及热传导过程，冲击声波的传输过程等。

所有这些过程都有一定的相互关系，只是程度不同而已，如模具磨损与摩擦过程的关系密切，而与冲击波的产生和传递关系极小。

在所有的这些物理过程中，我们最关心的是板料的弹塑性变形过程，与这个过程紧密相关的有：①模具与板料的接触与摩擦过程；②模具和压板的运动过程；③压力机加载过程等。

由于在薄板冲压成型过程中，模具的刚性通常远远大于板料的刚性，因此模具的变形相对板料的变形来说极小，可以忽略不计。

在冲压成型过程计算机仿真中应考虑的问题就可归结为如下几个方面：①板料的大位移、大转动和大应变条件下的弹塑性变形的描述和计算；②板料与模具间法向接触力的计算；③板料与模具接触面间摩擦的描述及摩擦力的计算；④模具的几何描述和运动计算；⑤压力机加载过程的描述和模拟。

归纳上述分析，可将薄板冲压成型过程抽象成这样一个力学过程，它包含四种特性不同的运动物体，如图1所示，其中物体1为上模，物体2为压板，物体3为板料，物体4为下模。

在这四种物体中，板料为弹塑性变形体，其余三种均可作为刚体看待，但三种刚体的运动特性各不相同。

上模作为对板料加载的主动体其运动状态主要由压力机控制，按一定的频率作上下往复冲压运动。

压板在压边力作用下基本固定不动，但当压边力不够时工件可能在压边处产生起皱，从而使压板作小幅度的上升运动和轻微的转动，同样当压板处板料厚度减小时，压板可能作轻微的下降运动。

由此可见，压板的运动严格说来与板料的变形状态有关。

下模通常是固定不动的。

基于上面的分析可假设上模和下模的运动是给定的，压板上的压板力也看作是给定的，并且压板只作刚体运动。

这样一来薄板冲压成型的计算问题就可粗略地表达为如下力学问题：给定：①上模、下模和板料的几何特性；②上模的运动特性；③压板的质量分布；④板料的初始几何特性；⑤板料的弹塑性变形特性；⑥板料与上模、下模及压板间的摩擦特性，求出板料的弹塑性变形过程。

冲压成形有限元仿真基本理论88页PPT

己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
冲压成形有限元仿真基本理论 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃

冲压成形仿真过程中有限元网格模型的建立重点

冲压成形仿真过程中有限元网格模型的建立孙杰 1, 袁国定 1, 陈炜 1, 姜银方1, 余雷 1, 仲志刚 2(1. 江苏大学江苏镇江 212013; 2. 南京模具装备有限公司江苏南京 210000摘要 :网格模型对冲压成形模拟的精度和效率影响极大 , 文中阐述了有限元网格模型建立的方法 , 并从单元尺寸、单元类型、自适应网格再划分技术等方面论述了如何解决精度与效率的问题。

关键词 :冲压成形 ; 网格 ; 自适应网格划分中图分类号 :T G38;O242. 21文献标识码 :B文章编号 :1001-2168(2003 06-0003-04The Esta bl ishment of Finite G in Sta m p in g ForminS HUN J ie 1, YUAN Guo-di n g 1, CHEN Wei 1, J G i a n 1, 1, ZHON G Zhi-g a n g 2 (J ia n g s u U ni ve rsit y , g , J , Chi na ;2. Na n j i n g Die &E q ui p t n j i n g , J ia n g s u 210000, Chi naAbstract :Grid model t he accurac y a nd efficie nc y of s t a m p i n g f or mi n g si mulation. es t n g fi nit e ele me nts g rid model was e x p atiat e d a nd t he i m 2 p r ove me nc y was discours e d i n t e r ms of t he ele me nt size , t he t yp es a nd t he s elf -ada p t a r tition t echnolo gy .K e y words :s t a m p i n g f or mi n g ; g rid ; s elf-ada p t g rid p a r tition1引言近年来随着计算机软件、硬件技术的迅猛发展以及计算机技术、图形学与力学、工艺学的交叉和结合 , 基于数值模拟的计算机辅助工程 CA E 技术在冲压成形研究领域得到了广泛的应用。

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板料冲压成形技术的发展概况
➢ 有限元技术的发展
1960年，Clough教授在论文中首次提出“有限元”这一名词，Courant、Argyris、Turner、Clough和Zienkiewicz的论文 促成了有限元法的诞生，奠定了早期有限元法的基础；
1967年，Marcal教授和King提出了弹塑性有限元格式； 1968年，Yamada（山田嘉昭）推导了小变形问题弹塑性矩阵的显式表达，大大推进了小变形弹塑性有限元法的
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➢ 板料成形有限元分析的发展
1973年，Kobayashi和Mehta把刚塑性有限元法用于分析冲压成形问题，这是人们第一次用有限元法来模拟冲压成 形过程；
1974年，Iseki等人用弹塑性增量型有限元法模拟了液压胀形过程； 1976年，Wifi基于轴对称理论，用弹塑性增量型有限元法模拟了圆形坯料在半球形凸模下的胀形和拉深过程； 1977年，在美国GM公司召开了一个关于板料冲压成形力学分析的研讨会，有两篇论文分别采用薄膜单元和库仑
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➢
当前国际上几个有影响的研究组织
以S.C. Tang为代表的Ford公司的研究小组。他们基于增量型弹塑性有限变形理论（大变形理论），采用
Newton－Raphson迭代算法求解，建立了专门由于分析车身覆盖件冲压成形分析的静力隐式（static implicit）
格式的有限元方法。
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以D.Y. Yang和J.H. Kim为代表的韩国汉城大学研究小组。他们采用刚塑性和弹塑性本构关系，应用薄膜单元、
壳单元和块单元，开发了静力隐式、动力显式和隐式/显式耦合三种格式的有限元软件。
以E. Onate等人为代表的位于巴塞罗那的国际工程数值方法中心（International Center for Numerical Methods in
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它有其固有的缺陷,即为了得到显著的计算优势,必须人为地放大真实的凸模速度,为了抵消由此引起的惯性力,就 需要用户在网格大小、质量矩阵、阻尼矩阵等计算参数的选用上积累丰富的经验。
这类软件计算效率较高,但计算结果因人而异的现象比较普遍。另外,它的回弹计算能力较差，所需模拟时间比较 长，一般适合在模具设计最后阶段进行校核。
Engineering）。他们除了开展工程中的有限元理论和方法研究之外，还用“流动型”有限元法对冲压成形问
题进行分析。
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➢ NUMISHEET标准考题的发展 为了促进板料冲压成形仿真的研究和应用，国际上发起了定期召开的板料成形三维数值仿真国际会议
NUMISHEET（International Conference on Numerical Simulation of 3-D Sheet Forming Process）分别是： OSU标准考题 （1988年）、VDI（德国汽车学会）标准考题（1991年）、NUMISHEET’93、 NUMISHEET’96、NUMISHEET’99、 NUMISHEET’02、 NUMISHEET’05。
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冲压技术在汽车制造业中重要地位
据统计，汽车上有60－70％的零件是用冲压工艺生产出来的。因此，冲压技术对汽车的产品质量、生产 效率和生产成本都有重要的影响。
冲压工艺具有生产效率高、尺寸一致性好、原材料消耗低、冲压件质量轻、强度和刚度好、工艺过程简 单等优点。
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1985年，Toh和Kobayashi采用壳单元理论，用刚塑性有限元法首次分析了方形盒的拉深过程，这标志着冲压成形 三维有限元仿真的开始；
1985年，Makinouchi（木野内）用弹塑性有限元法分析了弯曲和修边过程； 1986年，Nakamachi（仲町英治）也用弹塑性有限元法分析了冲压成形的一般问题； 1987年，Park等人用刚粘塑性有限元法分析了轴对称冲压成形问题； 1988年，Nakamachi用弹塑性有限元法模拟了方形盒的拉深过程。
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以R.H. Wagoner和T. Altan为代表的OSU（Ohio State University）研究小组。他们采用刚塑性和刚粘塑性本构
关系，基于薄膜理论和板壳理论，采用修正的Newton－Raphson迭代法求解，开发了分别用于分析二维
和三维冲压成形问题的静力隐式格式有限元软件，他们对接触问题的处理具有独到之处。
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冲压仿真在汽车业制造中重要性
数值仿真是产品和设计和制造的核心技术之一。数值仿真是使板料冲压成形由“经验”走向“科学”， 由“定性”走向“定量”的桥梁。
对于汽车制造业来说，21世纪的竞争核心将是新产品的竞争，实现高质量、低成本、短周期的新车型的 开发正是赢得这场竞争的关键。
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上式即为动力显式算法，每个自由度的位移可以独立求出，但该算法是条件稳定的积分算法，为保证计算的稳 定性，时间步长应满足
t tcr
动力显式增量法最初是为冲击、碰撞问题的仿真而开发的,在有限元平衡方程中包含惯性力的成分。它采用中心 差分算法,不需要刚度矩阵的集合,不存在收敛性问题,因此特别适合于计算大型车身覆盖件的成形问题。
1.2
板料冲压成形的分类
1.3
板料冲压成形的物理现象
1.4 板料冲压成形的常见缺陷及产生原因
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汽车车身的重要性
1.1 引言
汽车工业是衡量一个国家工业水平的重要标志，为国民经济的支柱产业 。 汽车车身占整车质量的百分比大：
客车、轿车和专用汽车 40－60％； 货车 16－30％ 车辆的更新换代速度加快。
BENCHMARK 2 :
Springback Prediction of A Cross Member
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➢ NUMISHEET标准考题的发展 NUMISHEET’2005 （2005年）
BENCHMARK 3 :
Channel Draw/Cylindrical Cup Benchmark
冲压成形有限元仿真基本理论
第三章的主要内 容
第一节 板料冲压成形技术概述 第二节 冲压成形过程的计算机仿真技术及作用 第三节 冲压成形过程的力学模型与有限元求解方法 第四节 板壳理论及有限元法 第五节 模拟仿真软件的使用
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第一章 板料冲压成形技术概述
1.1
引言
降低汽车车身重量对环境保护和缓解能源危机的重要性。
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➢ 发展汽车工业（轿车）的需要 汽车工业的发展对机械、电子、材料、计算机、通信、自动控制等领域的发展起到了重要的促进作用。 对轿车车身的要求很高，从而大大促进了新技术和新设备的发展，由此全面带动了其它各种车型车身技术
发展；
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1970年，Hibbit、Marcal和Rice基于有限变形理论，应用增量法建立了全Lagrange格式的大位移、大应变弹塑性有 限元法，Marcal又于同年推出了弹塑性有限元程序MARC，即现在广泛应用的商品化大型有限元软件MARC的前身；
1973年，Oden等人建立了热粘弹塑性大变形有限元方法； 1974年，McMeeking等人建立了更新的Lagrange格式的大变形弹塑性有限元方法； 至此，用于大变形问题分析的弹塑性有限元理论已经系统的建立起来了。
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求解算法 冲压成形过程是一个大变形的非线性力学过程。
动力显式算法（Dynamic explicit algorithm） 如果考虑速度和加速度的影响，采用对角化的质量矩阵和阻尼矩阵，考虑t时刻的运动方程，由中心差分法可得
到在 时刻的节点位移为
t t
u t t ( M t2 2 C t) 1 [ f e f i M t2 ( 2 u t u t t) 2 C tu t t]
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以Nakamachi（仲町英治）、Makinouchi（木野内）为代表的日本板料成形研究组织（Japan Sheet Metal Forming Research Group）。这是一个由来自于汽车工业、钢铁工业、大学和政府机构的37家单位组成的联合研究机 构。他们基于增量型弹塑性有限变形理论和Mindlin理论，采用中心差分算法求解，开发了静力显式（static explicit）和动力显式（dynamic explicit）两种格式的有限元软件，应用于日本的一些汽车厂和钢铁厂。
的开发。 日本轿车的发展对其汽车工业的促进起了举足轻重的作用就是明显的例证。
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板料冲压成形技术的概念 利用金属塑性变形的特点，通过一定方式对金属板料施加压力，使其产生所需的塑性变形，从而获得满
足所需的各种形状的零件。
车身覆盖件和车身结构件 车身覆盖件系指覆盖车身内部结构的表面板件； 车身结构件则指支撑覆盖件的全部车身结构零件的总称。
View of Specimen A before binder closure in Stage 2 View of Specimen B before binder closure in Stage 2
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➢ 板料成形有限元仿真关键技术的发展 求解算法