有限元分析在拉深坯料設計中的應用

趙宏

摘要：應用MSC.Marc軟件建立三維有限元模型，對某異形產品的拉深過程進行模擬仿真。介紹了基于有限元仿真復雜拉深件坯料尺寸設計流程和方法。

關鍵詞：拉深成形 有限元仿真 坯料尺寸

Finite Element Simulation design on drawing blank

Zhao Hong

（Zhejiang Aishida Electrical CO.LTD， Zhejiang TaiZhou， 317500）

Abstract： The simulation process of drawing for an abnormity product by using software MSC. Marc is studied， 3D elastic plastic model is built. The designing process of blank dimensions by finite element simulation and the method is studied.

Keywords： drawing； finite element simulation； blank size.

1.引言

工藝設計和模具設計過程中經常要預先確定坯料的形狀和尺寸，傳統方法一般按截面展開方法來確定。以矩形盒狀零件為例，毛坯的計算如下：

圖1 求展開尺寸的示意圖

a）直邊部分 b） 圓角部分

Fig 1 Blank size sketch map

a）Straight side part b）Round part

①直邊部分按彎曲件展開長度（圖1a）

L1=0.5（Bf-B）+h+0.57r0-0.43ra （1）

②將圓角部分當作直徑為2r，高度為h的圓筒形件展開，則有

Ra= （2）

這種計算方法缺點是不能綜合考慮材料特性、模具結構及摩擦等因素影響。只能通過實際調模階段反復試模來確定理想的坯料形狀。下料模再根據調整后的坯料尺寸開模。如采用有限元提前準確確定坯料的形狀，下料模就可與拉深模同步開發，全套模開模時間可縮短40%。

2.分析計算

2.1 模型前處理

在PROE軟件中建立產品和模具3D曲面。對于幾何圖形對稱的零件，只建立一半有限元模型，然后利用邊界條件進行約束。將3D數據導入Marc后，在坯料與凸、凹模和壓邊圈之間建立了剛體—變形體接觸對，將凸、凹模和壓邊圈視為剛體， 坯料視為變形體。

2.2材料參數

產品材料為不銹鋼SUS430，材料厚度0.7mm，彈性模量為210Gpa，泊松比為0.3，初始屈服應力為205Mpa。

2.3 模擬結果及分析過程

2.3.1 第一次試模擬

坯料形狀初步確定為矩形，長寬按折彎的坯料計算方法估算，在各增加5mm切邊余量后尺寸為300*125。

結果顯示產品斜壁直邊部分凸緣略寬，對應的另一側直壁處凸緣略窄，凸緣分布不均。成形極限圖顯示成形極限參數最大值為0.5426，位于直壁與底部交匯圓角處。如圖2所示。

圖2 拉深后成形極限圖

Fig 2Forming limit diagram by drawing

2.3.2 優化后模擬結果

根據初次模擬的結果，坯料形狀進行幾次調整，具體過程不再陳述，最終調整如下：分別用R100和R110圓弧代替直壁側和斜壁側坯料直角；坯料的位置在初次模擬的基礎上向直壁側移動5mm 放置。

模擬拉深后凸緣寬度較為均勻，成形極限參數最大值為0.4624，相對優化前減小0.0802，符合預期設計目標，如圖3所示。新坯料既節省材料，又減少了不必要的板料流動阻力，提高了產品底部圓角在拉深過程的抗破裂能力。

圖3 調整后拉深成形極限圖

Fig 3 Forming limit diagram by drawing after adjustment

3.拉深試驗結果

根據模擬結果調整后的坯料尺寸進行線切割制片，再進行拉深試驗，試驗結果符合模擬結果。

4.結束語

（1）有限元技術在沖壓模具、工藝設計過程中能夠簡化設計過程，節約設計成本和時間，有效解決實際難題。

（2）有限元技術要與傳統沖壓模具設計結合運用，綜合考慮壓邊力、模具結構等工藝經驗參數，才能較快得出符合要求結果。

參考文獻：

[1]《沖模設計手冊》編寫組，編著.沖模設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2]《沖壓工藝及沖模設計》編寫委員會，編著.沖壓工藝及沖模設計[M].北京：國防工業出版社，1993.