筒形件FEA分析报告资料Word文件下载.docx
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holder
图2-1-1简化的轴对称模型
图2-1-2四边形网格划分
Punch部分划分成39个部分,其中弯曲圆角部分为15网格类型:
RAX2
Die部分划分40个部分,其中弯曲圆角部分为10网格类型:
Holder部分划分成34个部分网格类型:
Blank部分划分成40个部分网格类型:
CAX4R
一共划分成153个部分
2.2边界和载荷条件
边界
Step-1holderforce
Punch?
U1=0,U2=0,UR3=0固定凸模
Die?
U1=0,U2=0,UR3=0固定凹模
Holder?
U1=0,UR3=0约束压边圈x方向,y方向自由
Blank左侧对称面约束X方向,U1=0
Step-2punching
PunchU1=0,U2=-45,UR3=0凸模向下运动45mm
Step-3removedie
BlankU1=0,U2=0,U3=0,固定拉深件
Step-4springback
Blank计算回弹时右侧上点约束U1=0,U2=0,UR3=0
图2-2-1材料的边界条件
载荷
Holder加压边力,y方向加Concentrateforce,CF2=-3000N
图2-2-2材料上施加的载荷
2.3接触和摩擦
Blank和punch接触摩擦系数为0.1
图2-3-1blank和punch接触
Blank和die接触摩擦系数为0.08
图2-3-2blank和die接触
Blank和holder接触摩擦系数为0.1
图2-3-3blank和holder接触
2.4材料性能参数
材料:
Q235,杨氏模量为210GPa,泊松比为0.33,屈服强度为235MPa.
材料的真实应力应变曲线如下图所示,材料的名义屈服应力为235MPa,名义应变为0.03,从而得知真实应力为242MPa,真实应变为0.03,塑性应变为0.当材料到达屈服极限时,名义应力为400MPa,名义应变为0.15真实应力为460MPa,真实应变为0.14,塑性应变为1.
图2-4-1材料应力应变曲线
参考资料:
Q235钢真实应力-应变曲线研究
田芳,刘财喜,刘芳,罗武,邓瑞基,陈胜铭,罗迎社
(中南林业科技大学流变力学与材料工程研究所,湖南长沙410004)
图2-4-2Q235成形极限图
3、结果分析与讨论
3.1变形机理分析
拉深前后相应于筒壁部分的材料周向受到压缩变形,径向受到拉深变形,变形程度沿筒高方向增长,且圆角以上部位周向压缩变形大于径向伸长变形。
周向受压的材料向筒壁厚度和高度方向转移,越靠近口部需要转移的材料越多,故壁厚和硬度越高。
筒底圆角稍上部位的材料,拉深开始时处于凸、凹模之间,周向压缩小,需要转移的材料少,变形硬化程度低,又受不到凸模圆角处的有益摩擦作用,故成为筒壁部分承载最弱的部分,该位置成为拉深断裂可能发生的危险截面。
位于凹模圆角部分的材料,周向受压,径向受拉,同时外侧还受到凹模圆角的顶压作用,沿厚向产生压应力,该区径向拉应力大于周向压应力,当坯料流过凹模圆角时,同时受到摩擦、弯曲和拉直作用,容易发生起皱现象。
如下图所示:
容易起皱位置
危险截面容易拉裂位置
图3-1-1材料变形应力分布图
3.2模具和工艺参数影响性分析
3.2.1凸凹模间隙的影响
凸凹模间隙是拉深模的重要参数,可以从下表中看到,间隙过小时,最小壁厚最小,容易在危险断面破裂。
间隙过大时,最小壁厚较大,拉深时对工件的校直作用小,影响零件的尺寸精度。
影响因素
结果
凸凹模间隙
凸模圆角半径
凹模圆角半径
凸模和板料摩擦系数
凹模和板料摩擦系数
压边力
最小壁厚
最大应力
最大应变
周向压应变
径向拉应变
起皱风险
1.25
13
5
0.1
0.08
3000
0.904715
330.201
0.493
0.275
0.377
无
1.2
0.905547
332.414
0.499
0.273
0.38
1.15
0.9044482
324.28
0.504
0.382
1.1
0.900497
320.503
0.51
0.386
1.05
0.897396
332.758
0.521
0.274
0.393
表3-2-1凸凹模间隙的影响
图3-2-1凸凹模间隙对起皱的影响
3.2.2凸模圆角半径的影响
凸模圆角半径过小时,会使危险断面附近过度变薄,从而降低了最大承载能力,发生断裂。
8
0.898863
345.671
0.511
0.278
0.385
18
0.917544
338.289
0.466
0.368
23
0.920613
335.904
0.442
0.268
0.354
28
0.924686
313.618
0.413
0.249
0.337
表3-2-2凸模圆角半径隙的影响
图3-2-2凸模圆角对起皱的影响
3.2.3凹模圆角半径的影响
凹模圆角半径过小时,会增加滑动阻力以及弯曲和反弯曲力,从而提高拉深力,引起工件壁部变薄,降低极限变形能力。
凹模圆角半径过大时,会减小有效压边面积,使工件加工精度不高。
0.943696
293.933
0.443
0.264
0.342
10
0.934329
242.619
0.426
0.25
0.333
0.943816
241.496
0.414
0.236
0.321
表3-2-3凹模圆角半径的影响
图3-2-3凹模圆角半径对起皱的影响
3.2.4凸模和板料摩擦系数的影响
当凸模和板料摩擦系数变大时,危险截面变大,容易发生拉裂。
0.902952
334.039
0.12
0.903235
331.522
0.378
0.14
0.902883
328.556
0.492
0.16
0.904721
330.396
表3-2-4凸模和板料摩擦系数的影响
图3-2-4凸模摩擦系数对起皱的影响
3.2.5凹模和板料摩擦系数的影响
凹模和板料摩擦系数增大时,危险断裂截面变小,容易发生拉裂。
同时存在起皱的倾向。
0.902166
331.85
0.901037
330.456
0.494
0.379
0.899366
333.522
0.495
0.272
0.896991
330.24
0.271
0.381
表3-2-5凹模和板料摩擦系数的影响
图3-2-5凹模摩擦系数对起皱的影响
3.2.6压边力的影响
增大压边力,提高了凸缘的流动阻力,使拉深力增大。
但是过大的压边力可能导致危险截面拉裂。
1000
0.962886
341.48
0.449
0.246
0.324
1500
0.963515
341.399
0.448
2000
0.906292
333.273
2500
0.905424
329.76
图3-2-6压应力对起皱的影响
4、总结
基于FEA分析可以得出,拉深前后相应于筒壁部分的材料周向受到压缩变形,径向受到拉深变形,变形程度沿筒高方向增长,且圆角以上部位周向压缩变形大于径向伸长变形。
筒底圆角稍上部位的材料,拉深开始时处于凸、凹模之间,周向压缩小,需要转移的材料少,变形硬化程度低,又受不到凸模圆角处的有益摩擦作用,成为拉深断裂可能发生的危险截面。
在拉深过程中:
1、在拉深过程中,凸模圆角过渡区存在危险断裂截面,凹模圆角过渡区容易发生起皱现象
2、凸模的圆角半径影响较小,凹模圆角半径影响较大
3、凸凹模间隙值应取的适宜,不易过大或过小
4、凸模与板料的摩擦系数越小越好
5、压边力要取得适宜。
过大会会拉裂,过小会起皱。