ANSYS Workbench沖壓成形仿真
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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。
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：
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，結構發生了較大的變形，需要在仿真過程中打開大變形；
3. 狀態非線性：成型過程中，零件會與模具發生接觸，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，我們可以通過調整分析設置，保證計算收斂。
一.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，并將其設置為剛性體。沖壓件為1mm厚鋼板，為了節約計算成本，在保證計算精度的前提下，我們選擇1/2的平面應變模型來模擬。具體模型如下圖所示。建模時應注意將模型建在XY平面內。
二.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，并且忽略屈服上極限的影響，即認為材料經過線彈性階段后便進入流動狀態，塑性變形在屈服應力的作用下可無約束的發展。如下圖。
在Workbench的工程數據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。具體設置如下圖：
三.修改模型參數
點擊Geometry，選擇凸模和凹模，分別在Details中將Stiffness Behavior改為Rigid，2D Behavior設置為Plane Stress，厚度設置為1mm，材料默認為Structural Steel；
選擇沖壓件，將2D Behavior設置為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。
四.軸對稱設置
為了節約計算成本，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置軸對稱。建立一個軸對稱區域，選擇沖壓件的對稱軸，并將對稱法向設置為x軸。此處讀者考慮為什么不直接將沖壓件的2D Behavior設置為Axisymmetric，而是在此處設置軸對稱呢？
五.接觸設置
分別在凸模、凹模與沖壓件有接觸的位置建立接觸：接觸面設置為沖壓件的上下面，目標面設置為凸（凹）模的面；接觸類型為摩擦接觸，摩擦系數0.1；設置接觸算法為純罰函數法；為了降低計算量，將接觸法向剛度因子設置為0.1；將球區域半徑設置為1mm；其余設置保持默認。
六.網格劃分
自由網格劃分，網格尺寸為0.3mm；網格物理選項設置為非線性結構，單元階數設置為線性（低階）。
七.邊界條件設置
沖壓成型過程中，凹模靜止不動，凸模一般會有2個動作：向下運動完成沖壓成型和向上運動離開沖壓件，因此在仿真過程中我們使用2個載荷步實現。
■ 載荷步1：凸模向下運動16mm完成沖壓成型；
■ 載荷步2：凸模向上運動16mm離開沖壓件；
由于凸模和凹模我們用的剛性模型，所以在施加位置的時候需要使用遠端位移實現，具體設置如下：
八.網格非線性自適應
沖壓仿真過程中，網格會發生較大變形，為了改變并細化網格從而使得求解收斂并獲得更精確的結果，我們需要設置網格非線性自適應選項，具體設置參數如下：
九.分析設置
1. 自動時間步設置。打開自動時間步，并采用子步形式；2. 子步設置。初始子步設置為200，最小子步設置為180，最大子步設置為1000；3. 打開大變形。4. 關閉弱彈簧。該設置是為了使用網格非線性自適應功能。
十.結果
十一.總結
沖壓成型的有限元分析作為沖壓模具高效專業的輔助設計手段，能夠為模具的設計和生成提供很大的幫助，如鈑金毛坯尺寸、材料流動、機構運動、模具結構等引起的成型性能變化等。本文介紹了沖壓分析過程中的技術要點，可供讀者參考使用。
注：本文做的只是一個示意性算例，結果不具備實際工程意義。
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