基于DEFORM不同加載速度下的模具應力分析
作者：吳華春 上海安世亞太結構應用工程師
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編者按
作者挑選了一個簡單的球型拉伸模，來觀察此模具在不同加載速度下可承受的等效應力值，以此判斷相同時間內，該模具最快可加工多少產品。此模擬仿真案例可為企業生產效率及經濟效益的提高提供相關的思考。
概述
在現代工業生產中，效率始終是各行各業考慮的要點，尤其對模具行業來講，效率更是重中之重。同樣的產品、模具和工藝，如果模具的速度加載更快，那就意味著同樣的時間范圍內，可以生產出更多產品，經濟效益就會更好。
但是模具加載速度越快，對模具的承載要求也就越高。本文對一簡單球型拉伸模進行不同速度的加載，來測試模具承受的等效應力。
模具工況
圖-1 模具圖
■ 采用有限元對模具應力仿真，為了考慮到整個模具，此處對凸模和凹模分別進行分析。
■ 另外，拉伸件是對稱件，僅采用1/4模型進行模擬，對稱邊采用約束定義。
■ 本次模擬采用Lagrangian incremental法，僅考慮Deformation，模擬步數為6，1步保存1次，進行模具靜力分析。
■ 在DEFROM中，沖壓成形工藝。如果考慮模具受力問題，把模具設置為柔性件，不僅需要設置材料，而且需要進行網格劃分。
■ 但是此處不需要考慮板料變形，因前面已經分析了板料成形問題（即分別在沖壓速度為10、50、100mm/s的情況下進行仿真分析），其計算結果的加載力如圖-2所示。
圖-2 不同速度下凸、凹模加載力
模具材料類型采用彈性模型，溫度設置為20°C，材料采用Cr12，即AISI D3鋼，密度為7.8e-9mm3/kg，楊氏模量為206754MPa，泊松比為0.3。
材料曲線如圖-3所示：材料曲線描述了不同加載速度下，考慮應變率效應，對不同應變率下參數的調整。此曲線僅供參考。
圖-3 Cr12材料曲線
利用DEFORM前處理中的Bdry Cnd（邊界條件）中的Force，加載出成形仿真中的成形件作用到模具的力。操作完成后如圖4-6所示。
圖-4 加載速度10mm/s的凸、凹模的擠壓力
圖-5 加載速度50mm/s的凸、凹模的擠壓力
圖-6 加載速度100mm/s的凸、凹模的擠壓力
模擬結果分析
計算結果如圖-7-9所示：隨著加載速度加大，凸模表面的等效應力值呈增大趨勢，從凸模底部到頂部、從外側到內部都是如此；凹模上表面的等效應力值呈下降趨勢，但是面積呈增大趨勢，凹模內側表面等效應力呈減小趨勢。
圖-7 凸模表面等效應力值
圖-8 凸模模芯等效應力值
圖-9 凹模等效應力值
結論
本次計算采用拉伸成形中最容易成形的球型拉伸，其凸、凹模受到的力都不大，因此，測試中模擬結果的值是比較小的，但是從模擬結果中可以看出，凸模應力值是隨著加載速度的加大而呈現加大趨勢的。
但是本次模擬中，壓邊圈的值設置較大，導致凹模的值明顯比凸模大，其部分結果僅供參考。而且對于表面的等效應力，其受到模具網格和接觸影響比較大，因此需要模具表面的磨損模擬分析進行再次對比。
具體磨損模擬分析的內容在本篇文章中不再贅述，請大家持續關注【上海安世亞太】微信公眾號，后續還有更多技術技巧等內容不斷更新。
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