镀锌板料的冲压成形及模具仿真技术试验

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  对于现代化的机械制造业来说,它的发展走向是产品的轻量化,工艺的柔性化,想要生产出精度高、质量优的产品来,金属板料的成形制造趋向于更加韧、精、强、薄、轻以及成本的低价位,质量高而且好,周期短的发展方向,金属板料在冲压成形这一技术基础上是为了减重,节能又节材,是有很大应用范围的一种先进的制造技术,在我公司已被广泛地使用在生产各种型号的插秧机金属板料上。
  计算机的普及和应用以及有限元方法的成熟,在这些年来发展出了金属板料冲压的仿真形技术,这一技术减少了或着是取消了试模的过程,把产品的开发缩短了周期、也降低了开发的成本,大大的发挥了极其重要性作用,所以在这里,此文将对其应用的强大功能设计中的计算机辅肋工程(CAE)进行的分析,前后处理对金属板料进行成形冲压以及仿形技术,以指示实际的生产模具制造。
  1.建立仿真工艺模形
  文中研究的金属板料是在制造插秧机箱底及隔板件上广泛使用的,金属板料它的主要几何特征是;1.1.具有较复杂的曲线、曲面结构组合。1.2.包含着多种样式的侧壁形状。1.3.侧壁高度的差别不一样。1.4.拉深件的模型和实件的模型本身基本一至相同,用不着加用别的工艺补充。此金属板料的工件是在专业造型曲面零件设计平台下进行几何分析设计的,并且通过几何数据格式导入计算机辅肋工程软件中,后对工件的模型进行简化处理,将模具的分型各面,作冲压模拟里的凹模划分出网格,再通过网格进行偏移生成凸模和压圈边网格的模型。
  此仿真模具选用了适应网格三维实体自适应有限元网格(AdaptiveMesh)的生成方法划分,适应网格为4阶,并在划分网格中的进程上会出现局部的网格破裂现象,但,只要是使用了软件的网格检查的功能,这些个破裂网格就会以白色的高亮度显示出来,这时候可运用网格的修补功能就可将破裂的网格重新划分好,可得到完整的有限元网格:凹模和凸模的圆角网格尺寸是圆角尺寸的0.15倍,也就是完成计算机辅肋工程前置处理的金属板料模具的有限元模型,从上至下依次是凹模、压边圈、毛坯、凸模、冲压方向垂直向下,成型的方式是单动拉深。
  2.材料的属性和边界的条件
  此模具仿真分析和采用制造插秧机主要部件常用的金属板料,275-SC-0.5-GB2518-81,此材料是金属材料,屈服应力为参数(原各项异性指数r,硬化指数n及材料屈服强度σ值)及镀层特征参数(基本厚度、镀锌量)(σ=345标准模型)屈服函数符合级别屈服准则,材料的厚度为0.5mm,其材料性能拉深好,金属板料单元是采用全新的积分壳单元,不但提高了仿真精度,还避免了沙漏现象的问题,法向积分点取3个,此模具采用了BT壳单元,法向单元取1个。根据金属板料的成形特点,全边界条件设置为:毛坯与模具各部件间的静摩擦因数取0.16,滑动摩擦因数取0.126,黏性摩因数取ReL/根号3,黏性阻尼系数取20.5。
  3.金属件仿真工艺匹配的条件
  由于我们在前面所选择的是单动拉深成形弯曲变形分析(Sin8leAc-tion)因此成形默认将产生两个工序,一个是压边工序,另外一个就是拉深工序。
  在此工序定义的主目的就是方便设计当前仿真所需要的工序个数,每一个工序所需要的时间以及每个工序中的状态等等,在板金冲压分析软件(Dynaform)中,这些工序基本上不需要做修改或修改很少的计算就可以了,这样就大大减少了设计工作者设置的时间,更有利于提高设计的效率。后又在成形分析中使用的工艺参数,有些应要符合实际的情况,还有一些是为了适应分析,需要进行调整对于冲压的速度,如果要选用实际值的话,往往要需一段很长的计算时间。因此,在显式的金属板料在成形有限元分析时,要采用虚拟的冲压速度,同时还要考虚到人工动态的效应,通常冲压的速度最大值在2-5m/s 。在本例中研究的冲压速度取值为2.5m/s ,冲压的行曲线成为梯形,再跟据相关的生产经验选取压边力为3800N,接触的方式可选用双向的接触方式。
  由于金属板料是采用曲面压料面,在冲压成形的过程中,压边圈闭合的行程要远大于冲压成形过程中凹模的行程,在压边圈闭合过程的仿真中会出现板料的伪变形,固此更需要采用虚拟补实的压圈方法。
  然后将压边圈空洞部分都补齐,划分有限元网格,通过计算机辅肋工程(Dynaform)软件的自动定位以后,自动定位的功能则有利于保证模具间的相对位置及关系,接着将进行压边圈闭合阶段的模拟运行,又为了减小压边圈闭合过程中的动力效应,限制压边圈的运动速度为1.5m/s ,凸模要固定不动。
  4.仿真工艺结果的分析
  完成了上述设置以后,即可进行提交计算,在提交计算之前,通常要对设置的模型进行动画显示,以使检查各个工具所定义的运动情况,在验证了模具运动的正确性之后,就应可以对当前的设置进行任务的提交和计算,本例的计算耗时近2.5h,当计算完成了以后,再进入处理阶段对冲压仿真结果进行分析和评价,从冲压完的零件上分析,仿真后的金属板料在冲压成形后厚度基本均匀。
  这样我们就可以看出,金属板料在冲压仿真的结果从总体上是符合设计要求的,也没有发生破裂等缺陷,更没有出现拉深不充分的区域,尤其是金属板料内部区域基本都处于安全的区域,所能满足成形质量的要求。但在法兰的边界上出现起皱的现象,切边以后不会影响到冲压件的正常使用。
  在由冲压零件上我们分析可知,在厚度比较均匀的情况下,各区域的厚度是基本上相差不大于0.10mm的,变薄率紧为百分之7左右;在冲压部件的最大厚度才约为0.507mm,这样一般都认为在成形部分增厚率也就是不超过百分之25左右,是完全可以接受的,通过分析才可以知道,本例的变增厚率和减薄率都是在符合设计要求的,而且金属板料也比较均匀,以上所述此套的模具设计方案和工艺设计的方案都是合理可行的,是可以投入到实际的生产制造中去。
  5.分析的总体结论
  在本文中应用了(Dynaform)软件对金属板料的冲压成形全过程在计算机上进行的仿真研究,从直观上面去了解其冲压成形的全过程和结果,这样减少了试模或修模的次数,从而有利于在实际的模具制造过程中提高了金属板料的成形质量。
  因此我们在进行仿真研究过程中,为了判断给定模具的设计理论方案和冲压成形工艺方案的合理性提供了料学的依据,这样就可以避免直接对制造出来的模具进行调试所带来的巨大浪费,从而又提高了设计的总效率。
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