基于ABAQUS的穿孔金属薄板冲压成形有限元分析.pdf

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1、第５期（总第１９８期）机械工程与自动化Ｎｏ．５２０１６年１０月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＯｃｔ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０５-００９４-０３基于ＡＢＡＱＵＳ的穿孔金属薄板冲压成形有限元分析包聪，关世伟（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１）摘要：基于ＡＢＡＱＵＳ／Ｓｔａｎｄａｒｄ静力隐式有限元方法，获得了成形过程中穿孔金属薄板的应力、应变、厚度变化以及成形后的回弹变化，并分析了压边力对冲压成形的影响。结果表明：适当地增加压边力可以减少穿孔金属薄板成形后的起皱和回弹

2、，且不会导致薄板拉裂，从而提高了零件的精度。关键词：ＡＢＡＱＵＳ；穿孔金属薄板；冲压成形；有限元分析中图分类号：ＴＰ３９１.７∶ＴＧ３８６.４１文献标识码：Ａ0引言对模型的空间位置进行调整，最后对它们进行单元划由于夹芯结构重量轻，且具有比较大的弯曲刚度分，其中凹模、凸模和压边圈采用的是离散刚体单元，［２］及强度，因此在飞机结构上广泛应用。金属微型桁架而薄板材料采用的是壳单元。作为夹层的一种新型夹芯结构，在设计和应用上比传统的夹芯结构有更大的灵活性，目前国内外对金属微型桁架的力学性能研究已经有了一定基础，但制造工艺并不完善。四面体形微型

3、桁架作为一种相对密度较低的夹芯结构，其制造方法相对简单可行，可以通过冲压弯曲成形方式由穿孔金属薄板来制造。穿孔金属薄板的成形工艺主要涉及到冲压成形工艺中的弯曲工序。弯曲是将板料冲压折弯成一定角度１-凸模；２-夹具（压边圈）；３-凹模；４-穿孔薄板毛坯的成形方法，在板材成形工艺设计方面，一般的做法是图１穿孔薄板冲压有限元模型凭借之前的经验进行设计，这容易使得冲压加工过程（２）创建分析步。这个模拟过程共有３步，均采中产生起皱、裂纹和回弹等缺陷，影响产品的合格率。用静态通用分析步。成形过程是个拟静态过程，因此，因此，采用仿真对板材的冲压进行

4、有限元分析和数值在整个模拟过程中忽略惯性。在分析步１中建立毛坯模拟，利用所得分析结果来指导修改板材的冲压工艺和夹具之间的明确接触关系，将４个部件都予以固定，参数就变得非常重要，这样可大量减少实验次数和材防止初始移动；在分析步２中，取消压边圈的Z方向料的浪费，达到节约成本、提高效益的目的。约束，添加Z方向一个压边力，同时取消对整个薄板的1有限元模型的建立约束，添加对薄板右侧局部的固定约束，防止冲压时薄选取２Ａ１２铝合金板的材料性能作为薄板模型的板的移动和翘曲；在分析步３中，最大增量步数设定为属性，利用ＡＢＡＱＵＳ的前处理模块创建冲压有限

5、元［１］１０００，初始增量步大小为０．００１，在这段分析步内对凸模型，并在Ａｓｓｅｍｂｌｙ模块中进行装配。图１为穿模Z方向进行向下的冲压位移，从而实现对板料的加载。孔薄板冲压有限元模型。穿孔铝板为三维壳模型，其（３）定义接触。首先创建相互接触的属性，分别中正六边形孔边长为２０ｍｍ，间隔为４ｍｍ，凸模、凹创建摩擦系数为０．１和０．１５的罚函数摩擦公式；接下模及压边圈为刚体，运动方式为凸模向下的单动方式，来创建接触，由于模型接触都是面与面接触，所以这里在薄板右侧设置了夹具（压边圈）。铝合金板板料厚度都采用面与面接触，通常将刚体模型作为主接

6、触面。为０．８ｍｍ，弹性模量为７２ＧＰａ，泊松比为０．３３，强度整个模型中包含了３个相互接触的面，分别为凸模与极限为４０７ＭＰａ，疲劳极限为１１０．８ＭＰａ，板料与夹具薄板、凹模与薄板、压边圈与薄板的接触面，由于凹模、间摩擦系数为０．１５，板料与凸模间摩擦系数为０．１，板凸模和压边圈采用的是刚体模型，所以将它们设置为料与凹模间摩擦系数为０．１５。主接触面，薄板则为从接触面。2有限元模拟过程（４）施加载荷与边界条件。由于凹模在整个冲压（１）创建、装配模型并划分网格。首先创建好凹过程中是固定不动的，可在凹模的参考点上采用固定模、凸模、薄板

7、和压边圈４个零件，然后在装配模块中约束；而凸模和夹具都只能在Z方向进行运动，因此收稿日期：２０１５-１２-２２；修订日期：２０１６-０７-２９作者简介：包聪（１９９３-），男，江西抚州人，在读硕士研究生，研究方向：板材成形理论与工艺。２０１６年第５期包聪，等：基于ＡＢＡＱＵＳ的穿孔金属薄板冲压成形有限元分析・９５・需要对Z方向以外的全部自由度加以约束；薄板的右３．２不同压边力下板料的回弹分析侧也需加以固定约束。在第２个分析步中设定压料力弯曲成形的主要问题是回弹。回弹是指由于板料为３ｋＮ，第３个分析步中将之前凸模Z方向位移边界存在弹性变

8、形，当弯矩卸载之后，板料产生弹性恢复的条件从０ｍｍ修改为-１７．３ｍｍ，实现凸模向下冲压一种现象，这会导致弯曲件的精度变差，所以尽量减少１７．３ｍｍ的距离。回弹角度是得到高精度弯曲件的关键因素。减少回弹（５）提交Ｊｏｂ文