基于Dynaform的冲压不锈钢餐盘的CAE分析

课程名称：基于Dynaform的冲压不锈钢餐盘的CAE分析作者：学号：指导教师：摘要：本文简述了CAE技术在不锈钢餐盘冲压成形中的应用，通过对拉延工序进行冲压成形模拟分析，提前预知成形缺陷，并采取有效措施，进行工艺参数的调整与优化。

实践证明，分析计算缩短了模具制造周期，减少了模具调试次数，节约了生产成本。

关键词：CAE技术；冲压成形；模具调试1．前言：许多金属冲压件具有外形尺寸较大，材料比较薄，型面起伏复杂，尺寸精度与表面质量要求较高，在拉伸成形过程中容易出现拉裂、起皱现象。

模具调试过程中需要浪费大量的人力、物力和财力。

近年来随着计算机技术的不断发展，CAE（计算机辅助工程）技术目前已经在各大模具厂广泛用于产品模拟分析、冲压板材成形过程分析。

通过提前对产品可能出现的成形缺陷进行研究，预示冲压件冲压成形的可行性。

根据理论上的模拟分析结果，提高产品工艺补充设计的合理性，减少模具实际调试次数，近而达到缩短模具制造周期、降低生产调试成本，提高企业生产效能，保证新产品及时投放市场。

本文利用Dynaform分析软件,以不锈钢餐盘冲压成型分析为例，介绍CAE技术在金属件冲压成形的应用。

2．产品介绍：不锈钢餐盘可供餐厅、快餐店等使用外观优美，携带、洗涤方便，可重复使用不需丢弃，避免使用免洗餐具制造大量垃圾破坏环境，注重环保。

本文采用餐盘尺寸如图1所示，材料为SS304，厚度1.0mm，整体来看，具有材料较薄，外形尺寸不大，拉延深度小，成型不是困难，但有部分型面形状变化大，有可能出现破裂，因此可先进行CAE分析，观察成型情况。

3．产品分析过程⑪三维数据的导入利用proe等CAD设计软件中对数学模型进行整理，确定相关材料、料厚及其偏置方向等相关参数，避免存在重叠面、尖角、漏洞等现象，包括冲压方向、工艺补充面等，而后导入Dynaform分析软件中，为了得到均匀规则的分析网格，提高分析精度，要进一步检查片体是否存在负角，并对局部尖角部位进行型面光顺，导入模型后如图2。

图2⑫保存数据库点击下拉菜单“File”→“Save as”，然后命名为“canpan.df”，点击“保存”。

⑬板料反求①模型零件的网格划分。

依次点击下拉菜单“BSE”→“Preparation”→“PART MESH”，打开对话框，各参数设置如图3。

依次点击“Select Surfaces”→“Displayed Surf”→“OK”→“Apply”→“OK”→“Yes”，完成网格化分。

图3②检查模型单元方向。

依次点击下拉菜单“BSE”→“MESH CHECH/REPAIR”→“”→“All Active Parts”，然后点击模型边缘的单元，如图4所示，如果和图中方向一样，则点击“Yes”表示接受，否则点击“No”。

（即确保单元方向是指向模型外部的，可以认为是模型向外展开。

）图4③模型零件的材料属性设置及反求计算。

因制件内部无孔，可直接进行板料反求点击“BLANK SIZE ESTIMATE”打开对话框图5，点击“NULL”，打开对话框如图6。

点击“Material Library”选择SS304/Type36，“OK”，Thickness 数值设置为1.0，“Apply”，等待计算机计算结束，“EXIT”。

反求结果如图7。

图5 图6图7④反求结果的网格划分。

依次点击下拉菜单“BSE”→“Development”→“BLANK GENERATION”，打开对话框如图8。

选择反求出板料的边缘，“OK”，默认设置，“OK”。

弹出图9对话框，“Yes”。

图8 图9⑤边界光顺并填充。

点击“OUTER SMOOTH”，弹出对话框如图10，点击“Select Part”，弹出对话框图11，选择BLNK000 5，“OK”。

“Create Boundary”，“Fill Boundary”→“Exit”。

图10 图11⑥创建矩形包络。

点击“BLANK FITTING”→“Select Line”，选择坯料边界，“Apply”，“Close”。

完成结果如图12。

图12⑦排样并输出报告。

“BLANK NESTING”，打开对话框如图13，点击“Blank Outline（Undefined）”，选择矩形边界，默认设置，“Apply”。

结果如图14。

点击“Output Nest Report”，默认设置，“Apply”，输出排样报告，如图15，“Cancel”→“EXIT”退出。

图13图14图15至此，板料反求和排样就完成了。

⑭拉延过程。

①确定板料。

点击工具栏的图层管理图标，隐藏BO_LINE 7以外的所有图层，“OK”。

该图层上的既可作为板料。

②创建压边圈和凸模。

压边圈的创建有两种方法，一种是导入凹模后偏置出凸模，然后从凸模上分离出压边圈；另外一种是利用DFE模块创建压边圈。

在此，我们使用第一种方法。

A. 导入凹模并划分网格。

点击下拉菜单“File”→“import”，选择凹模文件“canpanaomo.igs”，确定。

划分网格，点击菜单栏的“Preprocess”→“Element”→“”，参数设置如图16，点击“Select Surfaces”→“Displayed Surf”→“OK”→“Apply”→“Yes”。

“EXIT”→“OK”。

最后结果如图17。

图16图17B. 创建凸模和压边圈。

a.新建一个层，依次点击菜单“Part”→“Create”，命名为pouch，“OK”。

b.检查单元方向。

依次点击“Preprocess”→“Model Check/Repair”→“”→“ALL ACTIVE PART”，选择凹模内表面，如果图中18箭头方向向上则点击yes，反之，点击no。

(即确保单元方向是向内的，也就是向内偏置)图18c.偏移。

用图层管理器隐藏除1OO10000 10和punch以外的所有图层。

点击下拉菜单“Preprocess”→“Element”→“”弹出图19对话框，Type设置为offset，Thick设置为1.1，点击“Select Element”→“Displayed”→“OK”→“Apply”→“Exit”→“OK”，退出操作对话框。

图19 图22d.从凸模上选出压边圈。

用隐藏punch以外的图层，点击工具栏图标变成图20的视图，新建一个层，依次点击菜单“Part”→“Create”，命名为binder，“OK”。

点击“Part”→“Add…To Part”弹出图21对话框，点击“Element”弹出图22对话框，使用图标，选择凸模从边缘向内五个单元的部分，“OK”退出选择，再点击“Unspecified”，选择binder层，“Apply”，“Close”完成压边圈的选择。

图20图21e.分离压边圈和凸模。

点击下拉菜单“Part”→“Separate”，选择punch和binder层，“OK”。

f.修整凸模。

用工具隐藏punch以外的图层，点击下拉菜单“Preprocess”→“Element”→“”，使用图标选择凸模从边缘向内一个单元的偏移距离，“OK”，然后点工具栏的，删除多余的孤立节点。

完成结果如图23。

图23③板料划分网格。

首先将板料图层BO_LINE 7设置为当前层。

点击屏幕右下角的Curren Part，然后选择BO_LINE 7图层。

下一步点击下拉菜单“Tools”→“Blank Generator”→“BOUNDARY LINE”，选择板料边界，“OK”，默认设置，“OK”→“Yes”完成网格划分如图24。

图24④定义板料。

点击下拉菜单“Tools”→“Define Blank”，弹出图25对话框，点“Add”弹出图26对话框，选择BO_LINE 7板料图层，“OK”，返回图25界面，点击Material设置的“None”，弹出图27对话框，从材料库“Material Library”选择Type36/SS304材料，“OK”返回图25对话框，设置Property，点击“None”，弹出图28，点击“NEW”，弹出图29，各参数设置如图29中所示，“OK”退出板料定义。

图25 图26图27 图28图29⑤定义工具。

用图层管理器打开1OO10000 10 、、BO_LINE、punch 和binder图层。

点击下拉菜单“Tools”→“Define Tools”，弹出图30对话框，分别定义Die、Punch和Binder。

定义Die，点击“Add”选择1OO1000图层，“OK”；定义Punch，选择Tool Name里的Punch，点击“Add”，选择Punch 图层，“OK”；定义Binder，选择Tool Name里的Binder，点击“Add”，选择Binder图层，“OK”。

图30 图31⑥ 凸模、凹模和压边圈的定位。

因为餐盘深20mm ，所以我们将凸模上移22mm 。

点击下拉菜单“Tools ”→“Position Tools ”→“Move Tool ”弹出如图31对话框，选择PUNCH 和Z Translation ，在Distance 设置里输入22，“Apply ”→“OK ”。

完成后如图32图32⑦定义凸模运动行程曲线。

点击下拉菜单“Tools”→“Define Tools”弹出图33对话框，Tool Name选择PUNCH，然后点击“Define Load Curve”，弹出图34对话框，如图中所示Curve Type选择Motion，方向选择Z轴，点击“Auto”，弹出图35对话框，各参数设置如图中所示，其中Stroke Dist 的数值-22，因为是向Z轴负方运动，所以加上负号。

“Yes”确定设置。

弹出图36速度—时间图像，点击“OK”确认完成。

图33 图34图35 图37图36⑧定义压边圈压力的加载曲线。

返回图33对话框，Tool Name选择Binder，然后点击“Define Load Curve”，弹出图37对话框，如图中所示Curve Type选择Force，方向选择Z轴，点击“Auto”，弹出图38对话框，各参数设置如图中所示，“OK”退出设置。

（负号也是因为考虑了压力方向）图38⑨观看运动动画。

点击下拉菜单“Tools”→“Animate”→“Play”，确认无误后“Stop”退出。

⑩有限元计算分析。

点击下拉菜单“Analysis”→“LS-DYNA”弹出图39对话框，Analysis Type选择Full Run Dyna，“OK”，开始计算。

在此期间可以按下Ctrl+C，输入sw2，回车，查看计算用时，如图40。

图39 图40⑮模拟分析结果研究①进入后处理模块。

点击下拉菜单“eta/Post”→“Yes”进入后处理模块界面，然后点击下拉菜单“File”→“open”选择d3plot结果如图41图41②观察带FLD的板料变形过程。