筒形件FEA分析报告

1、台州学院机械工程学院q235钢筒形件拉深的fea分析报告班级 xxxxxxxxx学号 xxxxxx xxxxxxxxxxxx名字完成口期xxxxxxx 月xx日一、问题描述1二、fea模型确立12.1模型简化与网格划分12.2边界和载荷条件2.3接触和摩擦2.4材料性能参数5三、结果分析与讨论63.1变形机理分析73.2模具和工艺参数影响性分析321凸凹模间隙的影响322凸模圆角半径的影响323凹模圆角半径的影响3.2.4凸模和板料摩擦系数的影响325凹模和板料摩擦系数的影响3.2.6压边力的影响,7,8.9,91011四.总结12、问题描述如下图所示为筒形件拉深的示意图，尺寸如下图所示，凸模

2、半径为50mm, 凹模半径为51.25mm,压边圈半径为56.25mm,压边力为3000n,材料为q235, 杨氏模量为210gpa,泊松比为0.33,拉深的筒形件深度为45mm,即凸模行程 向下45mm o=50 mm% = 56.25 mmmmr = 13 mm.ru = 100 mm% = 51.25 mm图1-1模型示意图结果要求：1出一张变形态图2. 拉深结束应变从杯子心部到法兰边缘的分布图，说明破裂的位置。3. 模具和工艺参数影响性分析。二、fea模型确立2.1模型简化与网格划分根据几何的轴对称特性选择轴对称模型图2-1-2四边形网格划分punch部分划分成39个部分，其中弯曲圆角

3、部分为15网格类型：rax2 die部分划分40个部分，其屮弯曲圆角部分为10网格类型：rax2 holder部分划分成34个部分 网格类型：rax2blank部分划分成40个部分 网格类型：cax4r-共划分成153个部分2.2边界和载荷条件边界step-1 holder forcepunchu1 =0, u2=0, ur3=0 固定凸模die ul=0, u2=0, ur3=0 固定凹模holder ul=0, ur3=0约束压边圈x方向，y方向自由blank左侧对称而约束x方向，ul=0step-2 punchingpunch ul=0, u2=-45 , ur3=0 凸模向下运动 45

4、mmstep-3 remove dieblank ul=0, u2=0, u3=0,固定拉深件step-4 spring backblank计算回弹时右侧上点约束u1=o, u2=0, ur3=0boundary condition managernameinitialbolderpunchingremovediespring back bc-blankcreatedinactiveb bc-centercreatedpropagatedpropagatedpropagatedpropagated bc-diecreatedpropagatedpropagatedpropagatedpropa

5、gated bc-fixcreated2 bc-holdercreatedpropagatedpropagatedpropagatedmodified2 bc-punchcreatedpropagatedmodifiedmodifiedpropagatededit.move leftmove rightactivatedeactivatestep procedure:boundary condition type: displacement/rotationboundary tondition status:create.rename.delete.dismiss图2-2-1材料的边界条件载荷

6、holder 加压边力，y 方向加 concentrate force, cf2=-3000n图2-2-2材料上施加的载荷2.3接触和摩擦blank和punch接触摩擦系数为0_ra图 2-3-1 blank 和 punch 接触blank和die接触 摩擦系数为0.08图 2-3-2 blank 和 die 接触blank和holder接触 摩擦系数为0.1图 2-3-3 blank 和 holder 接触2.4材料性能参数材料：q235,杨氏模量为210gpa,泊松比为0.33,屈服强度为235mpa.材料的真实应力应变曲线如卜图所示，材料的名义屈服应力为235mpa,名 义应变为0.03

7、,从而得知真实应力为242mpa,真实应变为0.03,塑性应变为0. 当材料到达用服极限时，名义应力为400mpa,名义应变为0.15真实应力为 460mpa,真实应变为0.14,塑性应变为100.000.020.040.060080,100 120.140 16对数应变 the nominal stress-strain curve of no.3 the nominal stresscurve of no 2【he nominal sircszrmn curve of na 1 lhe iruc sircsumin curveo oo o5 4ed? frso o o o o o3 2 1

8、图2-4-1材料应力应变曲线参考资料：q 2 3 5钢真实应力一应变曲线研究山芳，刘财喜，刘芳，罗武，邓瑞基，陈胜铭，罗迎社（屮南林业科技大学流变力学与材料工程研究所，湖南长沙4 10 0 0 4）图2-4-2 q235成形极限图三、结果分析与讨论3.1变形机理分析拉深前后相应于筒壁部分的材料周向受到压缩变形，径向受到拉深变形，变 形程度沿筒高方向增长，且圆角以上部位周向压缩变形大于径向伸长变形。周向 受压的材料向筒壁厚度和高度方向转移，越靠近口部需要转移的材料越多，故壁 厚和硕度越高。筒底圆角稍上部位的材料，拉深开始时处于凸、凹模之间，周向 压缩小，需要转移的材料少，变形硬化程度低，又受不到

9、凸模圆角处的有益摩擦 作用，故成为筒壁部分承载最弱的部分，该位置成为拉深断裂可能发生的危险截 面。位于凹模i员i角部分的材料，周向受压，径向受拉，同时外侧还受到凹模i员i角 的顶压作用，沿厚向产生压应力，该区径向拉应力大于周向压应力，当坏料流过 凹模圆角时，同时受到摩擦、弯曲和拉直作用，容易发主起皱现象。如下图所示:容易起皴位s, mises(avg: 75%)330.201-304.430-278.659-252.880=ii-149.805- 124.034-98.263-72.492-46.72120.950危险截面容易拉裂位置s, mises (avg: 75%) 330.201304

10、.430278.659 252.888 227.117 201.346 175.575 149.805 124.034 e 98.26372.49246.72120.950图311材料变形应力分布图3.2模具和工艺参数影响性分析3.2.1凸凹模间隙的影响凸凹模间隙是拉深模的重要参数，可以从卜表中看到，间隙过小时，最小壁 厚最小，容易在危险断而破裂。间隙过大时，最小壁厚较大，拉深时对工件的校 直作用小，影响零件的尺寸精度。影响因素结果凸凹模间隙凸模 圆角 半径凹模 圆角 半径凸模和 板料摩 擦系数凹模和板 料摩擦系数压边力最小壁厚最大应力最大应变周向压 应变径向拉应变起皱风 险1.251350.

11、10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无1.213500.0830000.905547332.4140.4990.2730.38无1513500.0830000.9044482324.280.5040.2730.382无113500.0830000.900497320.5030.510.2730.386无1.05135().10.0830000.897396332.7580.5210.2740.393无表321凸凹模间隙的影响起皱风险分析凸凹模间隙影响 -系列20.10. 20. 30. 4周向图321凸卩i|模间隙对起皱的影响322凸模角半径的影响凸模

12、圆角半径过小时，会使危险断面附近过度变薄，从而降低了最大承载能力，发生断裂。影响因素结果凸凹模 间隙凸模 1员1角 丫:径凹模恻 角半径凸模和板料 摩擦系数凹模和板 料摩擦系数压边力最小壁焊最大应 力最大应变周向 压应 变径向 拉应 变起皱风险1.25850.10.0830000.898863345.6710.5110.2780.385无1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无1.251850.10.0830000.917544338.2890.4660.2730.368无1.252350.10.0830000.920613335.90

13、40.4420.2680.354无1.25285()0.0830000.924686313.6180.4130.2490.337无表322凸模闘角半栓隙的影i啊起皱风险分析-凸模圆角半径影响十系列18 6 4 o o o0. 10.20.30.4周向压应变图3-2-2凸模闘角对起皱的影响3.2.3凹模圆角半径的影响凹模圆角半径过小时，会增加滑动阻力以及弯曲和反弯曲力，从而提高拉深 力，引起工件壁部变薄，降低极限变形能力。凹模i员i角半径过大时，会减小有效 压边而积，使工件加工精度不高。影响因素结果凸凹模 间隙凸模 恻角 半径凹模圆 角半径凸模和板料 摩擦系数凹模和板 料摩擦系数压边力最小壁厚最

14、大应 力最大应 变周向 压应变径向 拉应 变起皱风险1.25135()0.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无1.251380.10.0830000.943696293.9330.4430.2640.342无1.25131000.0830000.934329242.6190.4260.250.333无1.25131300.0830000.943816241.4960.4140.2360.321无农323 iw模圆角半径的影响0.1o00.053. 10. 150.20.250. 30. 35凹模圆角半径影响1系歹朮7 5 5 4 3 2au.o.ao.0图

15、3-2-3凹模圆角半径对起皱的影响3.2.4凸模和板料摩擦系数的影响当凸模和板料摩擦系数变人时，危险截面变人，容易发生拉裂。影响因素结果凸凹模 间隙凸模 圆角 半径凹模圆 角半径凸模和板料 摩擦系数凹模和板 料摩擦系数压边力最小壁厚最大应 力最大应 变周向 压应 变径向 拉应 变起皱风险1.251350.080.0830000.902952334.0390.4930.2740.377无1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无1.251350.120.0830000.903235331.5220.4930.2750.378无1.25135

16、040.0830000.902883328.5560.4920.2750.377无1.251350.160.0830000.904721330.3960.4920.2750.377无农3-24凸模和板料摩擦系数的影响起皱风险分析亠凸模摩擦系数影响+系列18 6 4 2 o o o o0. 10. 20. 30.4周向压应变图3-2-4凸模摩擦系数对起皱的影响325凹模和板料摩擦系数的影响凹模和板料摩擦系数増大时，危险断裂截面变小，容易发生拉裂。同时存在 起皱的倾向。影响因素结果凸凹模 间隙凸模 1员1角 丫:径凹模恻 角半径凸模和板料 摩擦系数凹模和板 料摩擦系数压边力最小壁焊最大应 力最大应

17、变周向 压应 变径向 拉应 变起皱风险1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无1.251350.10.130000.902166331.850.4930.2740.378无1.251350.10.1230000.901037330.4560.4940.2730.379无1.251350.10.1430000.899366333.5220.4950.2720.38无1.251350.10.1630000.896991330.240.4940.2710.381无3-2-5凹模和板料摩擦系数的彩响 o 76543210 a a a a a a

18、 a凹模摩揀系数影响+系列1起皱风险分析0.050.10.150.20.250.30.35周向压应变图3-2-5凹模摩擦系数对起皱的影响3.2.6压边力的影响增大压边力，捉高了凸缘的流动阻力，使拉深力增大。但是过大的压边力可 能导致危险截面拉裂。影响因素结果凸凹模 间隙凸模 関角 半径凹模圆 角半径凸模和板料 摩擦系数凹模和板 料摩擦系数压边力最小壁厚最大应力最大应变周向 压应变径向 拉应 变起皱风险1.2513500.081 ()0()0.962886341.480.4490.2460.324无1.2513500.0815000.963515341.3990.4480.2460.324无1.251350.10.0820000.906292333.2730.4920.2740