ANSYS Workbench分析實例之沖壓成型

CAE_LJX

2021年1月9日 09:59

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板料沖壓是利用沖模在壓力機上對材料施加壓力，使材料產(chǎn)生分離和變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的加工方法。板料沖壓通常在室溫下進行，故又稱冷沖壓。當板厚超過8-10mm時，一般需采用熱沖壓。

由于沖壓過程中凸模的運動速度較慢，成型過程屬于準靜態(tài)變形過程，所以本文使用ANSYS Workbench軟件的靜力學模塊來模擬V形件的成型。

ANSYS Workbench分析實例之沖壓成型的圖2

圖為敞開式彎曲模

使用ANSYS做板料沖壓成型仿真時， 需要注意以下幾點：

注意

1. 材料非線性：由于成型的過程伴隨著材料的屈服及塑形變形，所以需要在ANSYS中定義塑形材料；

2. 幾何非線性：成型過程中，結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變形，需要在仿真過程中打開大變形；

3. 狀態(tài)非線性：成型過程中，零件會與模具發(fā)生接觸，因此需為零件和模具定義接觸；

綜上述三點，該分析是集 材料、幾何、狀態(tài)三種非線性為一身的非線性分析，收斂過程可能會有較大的難度，我們可以通過調(diào)整分析設(shè)置，保證計算收斂。

仿真過程

Step1

模具、沖壓件的建模

總體分析思路是使用 平面模型進行分析；

由于我們不關(guān)注模具的受力情況，所以我們在建模時，只建立模具的簡化模型，并將其設(shè)置為剛性體。沖壓件為1mm厚鋼板，為了節(jié)約計算成本，在保證計算精度的前提下，我們選擇 1/2的 平面應(yīng)變模型 來模擬。具體模型如下圖所示。建模時應(yīng)注意將模型建在XY平面內(nèi)。至于為什么使用平面應(yīng)變模型，請讀者參考公眾號文章： ANSYS與材料力學之軸向拉伸和壓縮（二）。

Step2

定義沖壓件材料模型

理想彈塑性模型

假定不考慮材料的強化性質(zhì)，并且忽略屈服上極限的影響，即認為材料經(jīng)過線彈性階段后便進入流動狀態(tài)，塑性變形在屈服應(yīng)力的作用下可無約束的發(fā)展。如下圖。

在Workbench的工程數(shù)據(jù)模塊中定義理想彈塑性模型。新建一個名為“ chongyajian”的材料模型，設(shè)置彈性模量為2E5MPa；泊松比為0.3；塑性階段的定義筆者選擇了 雙線性等向強化模型，屈服強度為345MPa；切線模量為0。具體設(shè)置如下圖：

Step3

修改模型參數(shù)

點擊Geometry，選擇凸模和凹模，分別在Details中將Stiffness Behavior改為Rigid，2D Behavior設(shè)置為Plane Stress，厚度設(shè)置為1mm，材料默認為Structural Steel；

ANSYS Workbench分析實例之沖壓成型的圖7

選擇沖壓件，將 2D Behavior 設(shè)置為Plane Strain，將其材料改為Step2中建立的“ chongyajian ”，由于軟件默認 Stiffness Behavior 為Flexible，所以沖壓件的剛度行為不用做更改。

ANSYS Workbench分析實例之沖壓成型的圖8

Step4

軸對稱設(shè)置

為了節(jié)約計算成本，計算過程中我們使用了1/2的平面模型，所以要在對稱軸處設(shè)置軸對稱。建立一個軸對稱區(qū)域，選擇沖壓件的對稱軸，并將對稱法向設(shè)置為x軸。此處讀者考慮為什么不直接將沖壓件的2D Behavior設(shè)置為Axisymmetric，而是在此處設(shè)置軸對稱呢？

Step5

接觸設(shè)置

分別在凸模、凹模與沖壓件有接觸的位置建立接觸：接觸面設(shè)置為沖壓件的上下面，目標面設(shè)置為凸（凹）模的面；接觸類型為摩擦接觸，摩擦系數(shù)0.1；設(shè)置接觸算法為純罰函數(shù)法；為了降低計算量，將接觸法向剛度因子設(shè)置為0.1；將球區(qū)域半徑設(shè)置為1mm；其余設(shè)置保持默認。