沖裁模擬的案例
完整沖裁過程模擬
完整沖裁過程模擬
ＤＥＦＯＲＭ軟件系列介紹
—— 實體之間或實體內部的熱交換分析既可以單獨求解，也可以耦合在成形模擬中進行分析。
—— FLOWNET和點跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力-行程曲線等后處理功能。
—— 程序具有多聯變形體處理能力，能夠分析多個塑性工件和組合模具應力。
—— FEM引擎中集成了基于損傷因子的斷裂萌生和裂紋擴展模型，應用于剪斷、沖孔、機加工和沖裁模擬。
—— 自接觸邊界狀態處理能力能夠自我修正接觸邊界。
—— 自定義過程可用于計算流動應力、沖壓系統響應、斷裂判據和一些特別的處理要求，如：金屬微結構，冷卻速率、機械性能等。
DEFORM -2D 是一套基于工藝模擬系統的有限元系統(FEM)，專門設計用來分析各種金屬成形過程中的二維 (2D) 流動。提供極有價值的工藝分析數據。DEFORM -2D 幾十年來一直被世界范圍內的企業用于分析鍛造、擠壓、拉拔、鐓頭、鐓粗、和其它成形手段。DEFORM-2D 提供了最現代的工藝模擬技術。DEFORM –2D強大的模擬引擎能夠分析金屬成形過程中，多個材料特性不同的關聯對象耦合作用下的大變形和熱特性。以此能夠保證金屬成形過程中的模擬精度，使得分析模型和模擬環境和實際生產環境高度一致。任何需要時，能夠自行觸發高級自動網格重劃生成器，生成優化的網格系統。
DEFORM-2D 圖形界面，既強大又靈活。為用戶準備輸入數據和觀察結果數據提供了有效工具。
根據每個求解特性，在要求精度較高的區域，可以劃分較細密的網格，從而降低題目的規模，并顯著提高計算效率。DEFORMTM-2D 采用了SFTC公司數十年來一直代表國際領先水平的核心技術。在產品開發和模具設計中，有數不清的成功范例報道。
展開 “精算”那些事 第五篇： 沖壓有限元仿真知多少
送料方向位移模擬
不合理夾持位置的抬起姿態模擬
合理夾持位置的抬起姿態模擬
空拋產品與模具定位情況的模擬
產品跌落至傳送帶及傳輸的模擬
仿真3：沖裁模擬 對于薄板來說其意義不大、最多也就是識別下立切位置毛刺情況，或者是刃口較弱區域模具的受力狀態。但對于內高壓成性進行模內沖孔、 就管類產品空切應該有一定的指導意義。
切邊 仿真
管腔無內壓狀態沖孔
管腔內壓150MPA 時沖孔
實際模內沖孔時由于內壓波動造成孔邊塌陷
空切矩形管材
小結：沖裁仿真對于管材 內高壓沖孔、空切及厚板（3MM）沖切、精沖等工況具有一定指導意義。
階段三：模具結構設計階段
仿真1：模具結構變形仿真 隨著沖壓高強鋼大量的使用、且客戶對研合率、研合效率的要求越來越高、模具結構變形仿真的意義就不言而喻了。
作用1： 結構強度快速識別、避免由于結構強度不足造成量產時局部鑲塊結構在大的循環載荷沖擊出現疲勞損傷。
上圖為一個底盤件的案例 ：翻邊與翻孔間距只有9MM 產品料厚3MM 。如規劃工藝為先翻邊再翻孔、其凹模最邊緣壁厚僅9MM ，其結構強度能否滿足量產使用？？？
展開 Hill48屈服+Swift硬化模型
swift硬化形式簡介明了，參數可以通過拉伸實驗和origin擬合輕松獲取
基于視頻提供的內容，假設0°，45°，90°屈服應力比為1：0.85：0.95，swift屈服函數對應的參數為文獻304鋼的參數：
E=195.161GPa，μ=0.3，σ0=244.93MPa，N=0.24，K=708MPa
根據教程得到F，G，H，L，M，N分別為：0.8404，0.7324，0.2677，1.9814，1.9814，1.9814
使用拉伸試樣分別模擬0°，45°，90°試樣的拉伸結果并與mises屈服+swift硬化進行對比
結果如下（左側Hill48+swift（應力+等效塑性應變），右側mises+swift（應力+等效塑性應變））：
Hill48+swift力位移曲線0°和90°
Mises+swift力位移曲線0°和90°
可以看到Hill48 屈服能更好地描述不同方向加載條件下材料的屈服行為
這對顯著各項異性材料在模擬沖裁，軋制等提供更高的精度
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基于有限元分析改善落料沖孔模具上墊板零件的應力與應變
由于考慮到實際生產過程中板料會有同板差，實際板厚會在一定范圍內波動；沖裁刃口工作一段時間后會因逐漸磨損而變鈍，沖裁力會隨之增大；由于沖裁間隙分布不合理、不均勻，以及材料力學性能的波動等因素，實際沖裁力會比計算的理論沖裁力增加10%～30%，所以要在理論計算沖裁力F0的基礎上，增加安全系數來計算平均沖裁力，即
式中，K是安全系數，通常K值為1.1～1.3。
根據式（1）～式（3）進行計算可得：模具在工作中所受的沖孔總沖裁力為1140401.93N；落料時所受的總沖裁力為1083853.08N。
4 有限元模擬分析
由模具結構可知，模具工作中上墊板9主要受沖孔時的沖裁力作用，且在受力方向上沒有支承零件，為懸空結構；推料板受到沖裁力時有凸模固定板10等零件支承，可以近似假設為剛體。利用NX NASTRAN模擬軟件對上墊板9所受的沖裁力進行有限元模擬分析。
4.1 模具零件受力分析
上墊板零件如圖3所示，材料為45鋼，熱處理硬度為42～47HRC。上墊板主要受垂直向上的應力，范圍在φ90mm圓內，材料的物理性質見表1，網格劃分及邊界條件加載如圖4、圖5所示。
圖3 上墊板零件
表1 45鋼的物理性質
圖4 上墊板網格劃分
圖5 上墊板邊界條件加載
4.2 模擬結果說明
應力、應變模擬計算結果分別如圖6、圖7所示。由計算結果可知，上墊板在沖孔時所受的最大應力為3468.484MPa，最大位移量為1.335mm，應力集中于孔位置，應變最大處位于零件中心。
圖6 應力模擬計算結果
圖7 應變模擬計算結果
4.3 實際照片
模具制作后進行試沖驗證，試沖后的上墊板零件如圖8所示。
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