本文通過 Abaqus的動(dòng)力顯式算法對本公司某款筆記本上殼沖壓成型進(jìn)行了模擬仿真，預(yù)見性的發(fā)現(xiàn)了沖壓中可能出現(xiàn)的問題，從而節(jié)省了后期的修模時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約了開模成本。從中我們可以發(fā)現(xiàn) Abaqus 具有的良好的非線性，對解決接觸問題有很大的優(yōu)點(diǎn)。

 

概述

沖壓成型是生產(chǎn)制造中經(jīng)常用到的加工方法，其工藝設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的要求較高，設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮沖壓時(shí)的工藝要求，但對于一般沒有豐富工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程師來說做到這一點(diǎn)比較困難；而有限元分析可以為設(shè)計(jì)人員提供很好的幫助，通過快速、有效的分析能夠提前暴露出設(shè)計(jì)中潛在的問題：從而大大降低了后期的修模時(shí)間，也降低了修模的高額成本：一般的有限元軟件對于非線性問題的解決都有局限性，而利用 Abaqus 解決非線性接觸問題具有很大的優(yōu)勢。

 

本文以某款筆記本的上殼為例，利用 Abaqus模擬了該零件的沖壓過程，對零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，材料的選擇進(jìn)行了檢驗(yàn)，得到了很好的效果。

 

CAD 模型

上殼 3D模型如下圖1所示；上殼為左右對稱結(jié)構(gòu)，為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，在這里只取零件的一半進(jìn)行分析，如下圖2所示；

 

 

圖1                 圖2

根據(jù)零件結(jié)構(gòu)我們制定了兩道工序，分別如圖 3、圖4所示

 

 

圖3

 

 

圖4

 

所有 3D模型均從 3D軟件 pro /Engineer wildfire 中導(dǎo)出。

 

CAE 模型

在沖壓過程中，模具被認(rèn)為是剛度很大，沒有變形的，所以把兩道工序中的模具定義為 3D離散剛體殼單元(如圖5所示)，工件是實(shí)體單元。

 

 

圖5

 

接觸定義

我們知道，在沖壓過程中，工件就是利用凹模和凸模分別與工件之間的接觸擠壓成型的，因此，仿真時(shí)，接觸的定義很重要；在 Abaqus中，我們可以輕松利用顯示計(jì)算中的通用接觸法(General Contac(explicit))去定義接觸，簡單而且準(zhǔn)確；而不用逐個(gè)去定義接觸對；對于復(fù)雜零件來說，意義更大，因?yàn)閺?fù)雜零件的接觸對很多，定義起來很繁瑣，而且容易出現(xiàn)疏漏，導(dǎo)致效果不好；另外我們還可以根據(jù)實(shí)際的潤滑方式定義工件與模具之間的摩擦系數(shù)。

 

分析步

整個(gè)分析可以分為五個(gè)分析步：第一步，第一道工序(翻邊)；第二步，第一套模具上下分離；

第三步，工件移入第二套模具；第四步，第二道工序(折彎)；第五步，第二套模具上下分離；

 

計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果如圖6所示：

 

圖6

 

從上圖可以看出如果修邊后，我將會(huì)都得到理想的沖壓零件。

 

Abaqus 不但能夠幫助我們完成很好的沖壓零件，而且重要的是能夠?qū)_壓過程完整地呈現(xiàn)給我們這樣對我們了解整個(gè)沖壓過程模具的動(dòng)作、工件的變形過程有很大幫助：了解這個(gè)過程對于我們解決沖壓中出現(xiàn)的問題至關(guān)重要；例如，在折彎過程中，如果沒有施加Z方向的有效約束，工件容易發(fā)生Z方向的移動(dòng)；折彎后折彎區(qū)附近出現(xiàn)了凸起(如圖7所示)，沖壓效果很差；后來根據(jù)動(dòng)畫顯示可以發(fā)現(xiàn)工件的移動(dòng)方向，從而增加了乙向的約束，限制了工件的移動(dòng)，沖壓效果得到了明顯改善。而在實(shí)際沖壓中，由于沖壓速度比較快，難以觀察沖壓過程，尋找問題的原因就顯得比較困難，而Abaqus為我們提供了很大的便利。

 

 

圖7

 

另外，我們還可以對零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用進(jìn)行評(píng)估，例如圓角半徑，折彎半徑都會(huì)影響沖壓效果，半徑越小，沖壓時(shí)起皺的可能性越大；而且材料的可塑性會(huì)影響沖壓后零件厚度均勻程度；而利用 Abaqus進(jìn)行分子時(shí)，我們可以選擇輸出鈑金厚度云圖，通過此云圖，我們可以對結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行檢驗(yàn)；此次沖壓后鈑金厚度云圖如圖8所示：

 

 

圖8

 

從圖8可以看出，該零件修邊后剩余部分厚度變化不大，均勻度良好，沒有起皺現(xiàn)象，也不會(huì)影響零件的剛度、強(qiáng)度，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用比較合理。

 

結(jié)論

通過仿真我們可以得到以下幾點(diǎn)重要的結(jié)果：

①可以完整觀測沖壓過程中工件的變形、受力情況，模具的運(yùn)動(dòng)，這為我們分析沖壓結(jié)果提供了很好的參考依據(jù)；

②可以根據(jù)工件沖壓后的厚度變化，分析材料的流動(dòng)性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；

③對沖壓的工藝參數(shù)提供了有效的參考，例如沖壓速度、潤滑方式和約束邊界；

④)對整個(gè)沖壓過程的分解提供了可靠的依據(jù)；

 

總之，在利用 Abaqus仿真的基礎(chǔ)上，我們能夠預(yù)測潛在問題，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，優(yōu)化工藝流程，改善沖壓效果；

 

資料來源：達(dá)索官方