镀锌板料的冲压成形及模具仿真技术试验
基于Dynaform软件的板料冲压成形仿真操作指引
基于Dynaform 软件的板料冲压成形仿真操作指引1 常用仿真术语定义：冲压成形：用模具和冲压设备使板材产生塑性变形获得形状、尺寸、性能合乎要求的冲压件的加工方法。
多在室温下进行。
其效率高，精度高，材料利用率也高，可自动化加工。
冲压成形工序与工艺：剪切：将板材剪切成条料、块料或具有一定形状的毛坯的加工工序称为剪切。
分平剪、斜剪和震动剪。
冲裁：借助模具使板材分离的工艺。
分为落料和冲孔。
落料--从板料上冲下所需形状尺寸坯料或零件的工序；冲孔-- 在工件上冲出所需形状孔的工序。
弯曲：在弯曲力矩作用下，使平板毛坯、型材、管材等产生一定曲率和角度，形成一定形状冲压件的方法。
拉深：冲裁得到的平板毛坯成形成开口空心零件的冲压加工方法。
拉伸参数：• 拉深系数m ：拉深零件的平均直径 d 与拉深前毛坯 D 之比值m, m = d/D ；• 拉深程度或拉深比：拉深系数 m 的倒数 1/m ；• 极限拉深系数：毛坯直径 D 确定下，能拉深的零件最小直径 d 与D 之比。
胀形：指将材料不向变形区转移，只在变形区内产生径向和切向拉深变形的冲压成形方法。
翻边：在毛坯的平面或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。
板材冲压成形性能评价指标：硬化指数n 、厚度方向系数γ、成形极限图。
成形极限：是指冲压加工过程中所能达到的最大变形程度。
2 Dynaform 仿真分析目的及流程ETA/DYNAFORM 5.7是由美国工程技术联合公司(ENGINEERING TECHNOLOGY ASSOCIALTES, INC.)开发的一个基于LS-DYNA 的板料成形模拟软件包。
作为一款专业的CAE 软件，ETA/DYNAFORM 综合了LS-DYNA 强大的板料成形分析功能以及强大的流线型前后处理功能。
它主要应用于板料成形工业中模具的设计和开发，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间和试模周期。
基于Dynaform 软件的仿真结果，可以预测板料冲压成形中出现的各种问题，如破裂、起皱、回弹、翘曲、板料流动不均匀等缺陷，分析如何及时发现问题，并提供解决方案。
板料冲压成形及回弹有限元模拟分析
Ku=F
式中K为总刚度矩阵；u为位移向量；F为节点载荷向量。
在隐式算法中，对于第i个给定的加载增量，用Newton-Raphson迭代法，需要求解下面的方程：
板料冲压成形及回弹有限元模拟分析
摘要
回弹是板材冲压成形过程中不可避免的普遍现象，直接影响到冲压件的尺寸精度和零件最终形状。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件中的非线性动力的显式、隐式连续求解功能，模拟了板料冲压成形过程与卸载后板料回弹变形的全过程，得到了成形过程中任一时刻各处Von-Mises应力云图和应变值及卸载后板料的回弹结果，帮助我们更好的认识分析板料冲压成形以及回弹过程中物质内部的变化。
ANSYS／LS-DYNA是一个通用的显示非线性动力分析有限元程序，近年来开发的板料冲压成形数值模拟新功能，取得了很大成功。通过计算，可以观察板料冲压成形过程中的变形状态、应力状态和壁厚变化，了解可能出现的起皱和开裂现象。此外，ANSYS／LS-DYNA程序具有显式、隐式求解功能，用显式求解模拟动态成形过程，然后用隐式求解模拟线性回弹变形。这不仅能够模拟材料变形过程，而且也能较好地计算回弹现象，比较准确地得到材料最终成形状态。
关键词：板材冲压，回弹，非线性有限元分析，数值模拟
Sheet metal stamping and rebound finite element simulation analysis
Abstract
The rebound is inevitable common phenomenon in sheet metal forming process, a direct impact on the final shape to the dimensional accuracy of the stampings and parts. In this paper, the nonlinear dynamic finite element software ANSYS / LS-DYNA explicit, implicit sequential solution function to simulate thespringbackdeformation of the sheet after sheet metal stamping process and uninstall the whole process, forming process at any time throughout the Von-Misesstress cloud and strain and after unloading sheetspringbackresults, help us to a better understanding analysis sheet metal stamping and rebound process material internal changes.
CAE仿真经典文献系列之《板料冲压成形回弹的数值模拟》
（ i） （ i） 正向量； 为外力向量； 为内力向量 . P @ 位移增量由 （3） 式得到 . （ i +l） （ i） （ i） = !u + C !u 算法中的要点如下：
（3）
同的增量方法将所有接触节点力按比例卸载， 直 到接触节点力消失 . 具体的可总结如下： 首先给拉深结束后的板料一个假想的应力状 态! ， 该应力与拉深结束后板料的应力 !E 相平 衡， 可以使变形板料在进行回弹分析的开始处于 静态平衡状态 . 在分析过程中， 假想应力按照步长
图3
回弹后的零件截面线形状
回弹现象进行了模拟， 证明该算法还是比较稳定 可靠的 图 1 和图 2 给出了采用该算法对轨道件 拉深成形和回弹后形状的模 拟 结 果 其 中， E 2 6 8 MPa， 3， c 8 mm， f 1， ! " 4 216 （1 537 96 #） MPa 该 零 件 为 NUMISHEET’ 标准考题 图 3 为该标准考题给出的回弹后的零 件截面线形状， 该截面线过图 2 所示 E 、 F点 对 比图 1 和图 2 可以看出， 由于残余应力作用， 轨道 件拉深卸载后发生了较为明显的回弹现象 轨道 底部与侧壁间弯曲角变大， 侧壁向外倾斜； 侧壁与 凸缘间弯曲角变小， 凸缘向下倾斜 对比图 2 和 图 3 可知， 回弹模拟结果与标准考题参考结果基
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板料冲压成型过程的仿真分析
板料冲压成型过程的仿真分析板料冲压成型过程的仿真分析冲压成型是一种广泛应用于制造业的加工方法，可以用于生产各种类型的零件和产品。
在冲压成型过程中，板料被放置在冲床上，然后通过冲压头施加压力，将板料变形成所需形状。
为了进行冲压成型过程的仿真分析，我们可以按照以下步骤进行思考：第一步：确定冲压件的设计和材料参数。
在仿真分析之前，需要明确冲压件的设计要求，包括形状、尺寸和材料参数等。
这些参数将用于后续的仿真模型建立和分析。
第二步：建立冲压过程的仿真模型。
基于冲压件的设计参数，可以使用一些专业的仿真软件，如AutoForm、PAM-STAMP等，建立冲压过程的仿真模型。
在建立模型时，需要考虑板料的材料特性、冲床的结构参数以及冲压头的运动规律等。
第三步：进行冲压过程的仿真分析。
在建立好仿真模型后，可以进行冲压过程的仿真分析。
通过对模型施加适当的载荷和边界条件，可以模拟真实的冲压过程，并得到冲压件的变形情况、应力分布以及可能出现的缺陷等信息。
第四步：优化冲压过程的参数。
根据仿真分析的结果，可以对冲压过程的参数进行优化。
例如，调整冲压头的运动速度、改变冲压件的厚度或减小冲床的压力等，以达到更好的成形效果和减少缺陷的目的。
第五步：验证仿真结果的准确性。
为了验证仿真结果的准确性，可以将仿真得到的冲压件与实际生产的样品进行对比。
通过比较冲压件的尺寸、形状以及可能存在的缺陷等，可以评估仿真结果的可靠性，并进行必要的修正和改进。
最后，冲压成型过程的仿真分析可以帮助设计师和工程师更好地理解冲压过程的工艺特性，优化冲压工艺参数，提高产品质量和生产效率。
同时，通过仿真分析，还能更早地发现潜在的问题和缺陷，减少实际生产中的试错成本和风险。
因此，冲压成型过程的仿真分析在现代制造业中具有重要的应用价值。
关于冲压镀锌板成型技术的探究
在 冲压过 程 中，锌层 首先 是 以粉化 形式 失效 ，并且 因为微 裂纹 匀和操作 的稳定性 。
聚集 会 形成 孔洞 。因为 粉化 和孔 洞缺 陷 ，与 过渡层 的粘 合 力减少 ， 此 外 ，均热段 顶部 可 以安装 隔热板 ，以防止炉 辊 的温度过 高 。 从而 造 成承 受切应 力 的部位 进一 步穿 晶断裂 ，使得 其最 终成块 从过 为避 免变换 生产 线的操 作条 件时 钢带发 生翘 曲和折 皱等 状况 ，炉 内 渡层 上剥离 。 设置全 新的张力控 制模 式 。
襄工案投术
６ ４
关于 冲压镀 锌板成 型 技术 的探究
张 伟 （ 长城汽车股份 有限公 司技术 中心 、河北省汽 车工程技术研 究 中心 ， 河北 保定 ０ ７ １ ０ ０ ０）
摘 要 ：对镀锌板 的冲压 成型技 术的研究有着很 重要 的意义。国内对镀锌板 的研 究主要 集 中在镀锌板 的冲压成型性 、焊接性和涂敷性三 个方面， 其 中热镀锌 板的冲压成型 性是一个最重要 的方面，是衡量热镀锌板 是否可以加工成成 品零件 形状 的重要考虑 因素 。本 文通过对冲压镀锌板成型 技术的原理分析 ，介绍 了冲压镀锌板成型技 术的一些新发展 关键词 ：镀锌板 ；冲压成型技术 ；成型性
所 谓镀锌 板 ，就是 指在 钢板 的基底 表面 ，镀 上锌层 ，可 以增加 应变 时效强 化 ，可 以使 超低碳 钢 中残余 的微量 固溶 碳在 冲压成 钢板 的 耐腐蚀 性 、成型 性。在 镀完 锌之 后 ，钢 板表 面会 有一层 薄膜 型时发 生位错现 象 ，随后涂装烘 烤时 ，可 以利用 析出 的 Ｆ ｅ — Ｃ化合物 出现 ，而这层薄膜 则具有很 强的耐腐 蚀性 ， 大大 增加 了其 使用寿命 。 将错 位固定 ，最终 提 高钢板 的强度 。除此之 外 ，可 以改变 钢 的微观 组织 ，进而 提高其 强度 。
板料冲压成形仿真技术的应用研究
艺及模具设计方法可以在板料制造 中使用 。如果采用仿真软件
进行 分 析 后 ， 发 现成 形 状 况 不符 合标 准 ， 则 可 以 通 过 仿 真 软 件 找
出问题 ， 并对模具进行修改 ， 然后再重新评估和用分 析
２ ． ２ 板 料 冲压 成 形 仿 真 技 术 的 应 用 实 例 分析
总趋势 ， 为了顺 应这一趋 势 ， 必须生产 出质量更轻 、 精度更 高 的
金属板料＿ １ ］ 。在生产金属板料的过程 中 ， 板料 冲压成形 仿真技
术 的运用 ， 符合了制造 业发展 的趋 势 ， 能够缩短 产 品开发 的周 期及减低开发成本 ， 是一种值得 推广应用 的技术 。本文分 析 了 板料冲压成形仿真技术的应用现状 以及 应用前景 ， 旨在 完善板 料制造技术和冲压 成形工 艺 ， 提高仿 真技 术的应 用水 平 ， 为相 关 的作业人员及研究人员提供有价值的参考 。
分， 并定义 了加载曲线 、 速度 曲线 以及特性参数等 。在参数定义 后， 便可以计算出成形参数 ， 随后 Ｄ Ⅵ、 『 Ａ Ｒ） Ｒ Ｍ 软件 以极限图的 方式给出分 析结果 。在极 限图 中， 可 以清 楚地 显示起 皱现象 。 此外 ， Ａ Ｍ还可 以得出板厚 变化的趋势 图， 在 该翼 子板 冲压成形的分析 图中 ， 总 变薄量低 于 ５ ， 最大变薄量 为 ２ ５ 。 通过分析发现 ， 冲压误差不会对 成形 质量造成影响 ， 且该成形工
具有使用价值 ， 这 不仅延 长 了产 品 的开发周 期 ， 还增加 了设 计 和制造模具的成本＿ ２ ］ 。不过 ， 采用 板料 冲压成形 仿真技术 能够
很好 地解决以上难题 。在冲压成形仿真技术 中 ， 采 用计算机 模 拟冲压成形过程 ， 能够有 效进行 试模 ， 并且 可 以多次 修改模 具 设计以及冲压成形 的工艺 。同时 ， 在仿 真循环 过程 中 ， 可 以找
关于冲压镀锌板成型技术的探究
关于冲压镀锌板成型技术的探究作者：张伟来源：《山东工业技术》2015年第06期摘要：对镀锌板的冲压成型技术的研究有着很重要的意义。
国内对镀锌板的研究主要集中在镀锌板的冲压成型性、焊接性和涂敷性三个方面，其中热镀锌板的冲压成型性是一个最重要的方面，是衡量热镀锌板是否可以加工成成品零件形状的重要考虑因素。
本文通过对冲压镀锌板成型技术的原理分析，介绍了冲压镀锌板成型技术的一些新发展。
关键词：镀锌板；冲压成型技术；成型性所谓镀锌板，就是指在钢板的基底表面，镀上锌层，可以增加钢板的耐腐蚀性、成型性。
在镀完锌之后，钢板表面会有一层薄膜出现，而这层薄膜则具有很强的耐腐蚀性，大大增加了其使用寿命。
1 冲压镀锌板成型技术原理1.1 镀锌板成型性镀锌层可以引起镀锌板晶体结构、成分特点和力学性能与原板的很大差异，而因为镀锌层本身的材料比较软，硬度差，造成了它的耐磨性能要比原板差很多，而在冲压过程中，镀锌层因为率先和模具接触，受到了摩擦力的影响，因而更容易被破坏，所以在相同的冲压条件下，镀锌层的承受摩擦力能力更弱，造成了镀锌层比原板更容易成型失败。
镀锌板的成型性是由基体、中间层和镀层的显微组织所决定。
因为镀锌板的表面镀层和基板材料的弹性模量以及屈服极限等性能参数不一致，造成了其界面摩擦和成形性能与普通钢板有所不同[1]，而基体和镀层在成型过程中，产生不同的形变，界面受到残余应力的影响，出现界面剥离或者镀层破裂等失效形式，即成型失败。
在冲压过程中，锌层首先是以粉化形式失效，并且因为微裂纹聚集会形成孔洞。
因为粉化和孔洞缺陷，与过渡层的粘合力减少，从而造成承受切应力的部位进一步穿晶断裂，使得其最终成块从过渡层上剥离。
1.2 冲压成型失败的情况在冲压成型过程中，有时候会因为板料质量、压力机精度、模具结构或者冲压工艺过程等原因，使生产出来的冲压件具有诸如毛刺、叠边等缺陷，这些缺陷不仅会影响到冲压件的表面质量，甚至会影响到冲压件的强度以及刚度。
板料冲压成形过程的三维动态模拟
作者简介: 阮 霞 ( 19762) , 女, 硕士研究生; 武汉, 华中理工大学力学系 ( 430074).
第 3 期 阮 霞等: 板料冲压成形过程的三维动态模拟 43
此, 离散后的虚功原理可用矩阵的形式表达为 Θ N N a dV + B ΡdV ∫ ∫ ϖ θ dS Θ N F dV = 0, ∫ ∫N T ≤
p dΕ 9F 9Ρij , ij = d Κ p 式中, d Ε ij 是塑性应变增量; d Κ 为瞬时的非负比例
系数, 具体数值与材料硬化法则有关, 与 M ises p 屈服条件相关联的流动法则为 d Ε ij = d Κ 9 F 9Ρij =
dΚ S ij , 于是有
p e dΕ ; ij = d Ε ij + d Ε ij = dS ij ( 2G ) + S ij d Κ
[ 1 ] T a tenam i T. Effect of Con tro lling B lank Ho ld ing Fo rce on Supp ersing W rink le in Sheet M eta l Fo rm ing. in: W ang I R , H e Yux in ed s. A dvanced T echno logy of P la sticity. B eijing, 1993. B eijing:
板料冲压成形过程的三维动态模拟
阮 霞 杨文兵 王 乘
( 华中理工大学力学系)
摘要: 采用随动拉格朗日坐标, 应用三维弹塑性大变形有限元动态分析技术, 模拟了板料拉深成形的全过程, 得到了拉深过程中任意时刻各处的应力和应变值. 取壁部单元的最后应变值, 反映到成形极限图上, 与实验测 得结果进行比较, 符合良好. 改变压边力这一参数, 得到了预期结果, 真实再现了实验现象. 关 键 词: 冲压成形; 弹塑性; 非线性有限元 中图分类号: T G301; T P391. 72 文献标识码: A 文章编号: 100028616 ( 2000) 0320042203
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镀锌板料的冲压成形及模具仿真技术试验
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。