材料加工CAE课程考核

材料加工CAE课程考核0目录一、摘要...................................................................................................................................1二、引言...................................................................................................................................1三、实验目的...........................................................................................................................1四、平台简介...........................................................................................................................1五、零件介绍及分析...............................................................................................................1六、CAE分析..........................................................................................................................21、方案一.................................................................................................................................22、方案二.................................................................................................................................53、方案三.................................................................................................................................64、方案四.................................................................................................................................75、方案五.................................................................................................................................96、方案六：冲压速度优化...................................................................................................11七、制件加工过程及其他相关参数CAE............................................................................121、坯料的加工和制备...........................................................................................................122、冲压过程...........................................................................................................................143、切边和回弹过程模拟.......................................................................................................14八、总结.................................................................................................................................16九、参考文献.........................................................................................................................17材料加工CAE课程考核1一、摘要本次实验，首先通过对圆弧平底槽工件进行了成形工艺分析，拟定了初步的成形方案，然后通过在CAD软件中建立数据模型，利用dynaform软件进行了初步方案的模拟。通过模拟结果，对初步方案进行了综合评估，并在此基础上做了改进。通过反复的改进和模拟分析，最终得到了可行的方案——方案四。然后通过方案五的9组实验，优化出了最好的一组成形工艺参数。最后考虑到生产率的问题，又在方案六中对冲压速度进行了进一步优化。最后在满足制件成形质量的前提下，冲压速度有所提高，并得到了最佳的成形参数。关键词：Dynaform、CAE、冲压成形、圆弧平底槽二、引言CAE(ComputerAidedEngineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。随着计算机技术的发展，相应的CAE技术也得到了飞速发展，其数值计算精度也得到了大大提高。CAE软件从20世纪60年代初在工程上开始使用到今天，已经经历了50多年的发展历史，其理论和算法都趋于成熟，现已成为航空、航天、机械、土木结构等众多领域中必不可少的数值计算工具。同时它也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要环节。通过CAE技术的应用，可以大大减少设计周期，节约设计成本，从而达到降低成本的目的；并且，CAE技术能够为产品开发和性能测试等提供理论上的指导，有利于对产品的完善，同时，此项技术在生产中的应用，可以大大减少了劳动力的投入，同时也节约生产成本，所以，CAE技术得到了越来越多的重视。三、实验目的借助CAE软件分析所给的产品零件的成形过程，并利用所学业知识对其成形工艺（和工序）、坯料形状（如果需要）、机械加工余量和零件结构或模具结构等进行优化。本实验主要是利用dynaform对圆弧平地槽零件进行CAE计算，拟定工艺方案，设计毛坯，确定其工艺参数，评估成形质量，利用所学的知识解释缺陷产生的原因，并提出改进方案。四、平台简介Dynaform软件是由美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形模拟的专业软件包，可方便地求解板料成形工艺及模具设计涉及的复杂问题，是目前该领域中应用最为广泛的CAE软件之一。在其前处理器（preprocessor）上可以完成产品仿真模型的生成和输入文件的准备工作。求解器（LS-Dyna）采用的是世界上最著名的通用显示动力为主、隐式为辅的有限元分析程序，能够真实模拟板料成形中的各种复杂问题。后处理器（post-processor）通过CAD技术生成形象的图形，可以直生动地显示各种分析结果。它可以预测板料成形过程中的破裂、起皱、减薄和回弹，评估板料的成形性能，为板料成形工艺及模具设计提供帮助，可以显著较少模具设计时间及试模周期。五、零件介绍及分析材料加工CAE课程考核2本次课程考核所分析的零件为圆弧平底槽零件，其具体尺寸如图纸P01所示，为1/4的圆弧形结构，口部两端的夹角为100度。由于工件没有指定公差和精度，所以按照IT14级精度加工。基本要求如下：1、制件表面无起皱破裂现象。2、圆弧槽的两直壁部分回弹量不超过±1°。3、制件最薄的地方不小于0.96mm（减薄率不大于20%）。该制件为一个圆形件的1/4，故在加工时可以同时加工4个零件，然后再切开。这样可以有效地避免在冲压过程中产生的偏心载荷，使得压力中心和位于制件的中间位置。考虑到在将4个工件切开的过程中，冲裁模具的布置，故每个工件制件留有5mm的冲裁余量。所以实际加工过程为，4个1/4圆弧和4段直线型槽，然后再切开。六、CAE分析1、方案一该过程为试探性分析，主要用于确定加工工艺方案、毛坯的形状和尺寸。首先，通过初略的计算判断工艺的可行性：圆弧平底槽的内经直壁在成形过程中相当是内孔翻边成形，通过冲压模具设计手册查的，该过程的极限翻边系数大约为Kmin=0.8，然后代入公式：maxminDH=1-K+0.43r+0.72t2（）式中t为板料厚度，r为圆角半径。代入数据粗略的估算可得，其极限翻边高度大约为27nn，能够满足该过程的成形。圆弧平底槽的外经相当于筒形件的拉深成形，由于其高度只有20mm左右，可以断定，该拉深过程能够一次完成。在proe中建立制件几何模型如图所示：图一、工件几何形状图二、网格参数设置该制件由4个1/4圆弧段和4条5mm长的直线段组成，在冲压完成之后切开成4个工件。将该制件导入到Dynaform中进行网格划分，网格的主要参数如图所示。然后进行材料参数的设定。由于dynaform中没有包含08钢的材料，所以才分析的时候，采用自定义的方式进行材料的设定。在创建材料的过程中选用36#材料模型（Barlats-3ParameterPlasticityModel）——3参数Barlats材料模型，这种材材料加工CAE课程考核3料模型适用于任何薄板金属成形分析，在美国材料CQ36的基础上进行修改参数得到，08钢的主要材料参数为：弹性模量2.11x1011N/m^2泊松比0.279质量密度7.82x103kg/m^3抗剪模量8.25x1010N/m^2屈服强度1.75x108N/m^2抗剪模量8.25x1010N/m^2断面收缩率≥60%断面收缩率≥60%硬度（未热处理）≤131HB将材料的各个参数设置之后，对工件进行毛坯尺寸估算，其设置如下图所示。图三、毛坯尺寸估算图四、工件展开尺寸由图四可得，毛坯的外径尺寸和工件的外径尺寸相差不大，在成形过程中压边圈的有效压边面积不够，所以在方案一中不用压边圈进行成形，其模具设计如图五所示，凸凹模的截面尺寸如图六所示。图五、前处理示意图图六、模具截面示意图材料参数的设置和前面一样，冲压速度为5000mm/s，时间步长设置为-3.23x10-8，材料加工CAE课程考核4自适应次数30次，最小单元1.0，最大自适应等级为4。设置完成之后提交分析，得到结果如下图所示。由图七可得，材料在冲压过程中可能会产生大面的起皱，在外侧面和底面上均有严重起皱的可能性。外侧面的起皱主要是用于在拉深过程中，由于板料没有压边力的作用，使得凸缘区的材料在冲压过程中切向受压应力，径向受拉应力作用，这使得该部位的材料很容易就失稳而起皱。而底面的材料，如图8所示，主要是在拉深过程中