钣金成型例题讲解

1、钣金成型例题讲解一、背景当前，制造行业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展。由于新产品、新技术的开发成本太高、开发时间过长，加上开发成果没有保障，越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。采用ABAQUS对加工工艺进行模拟有着诸多优点：1.数值模拟减少了耗时的原型实验，缩短了产品投放市场的时间；2.合理的参数设计可以降低对工件的损耗；3.合理的坯料设计，减少了飞边，也减少原材料的浪费；4.对模具的设计、加工提供合理建议；5.优化加工过程，提高产品成型质量；采用ABAQUS进行仿真模拟的目的：1.节约开发成本2.加快研发速度3.提高产品质量二、问题的描述本实例模拟油箱的冲压成型过

2、程。图1为实际的油箱形状，是由两个如图2所示的结构组成，考虑冲压成型过程中，它的结构的对称性，我们通过建立图3所示的结构，对其进行模拟分析，达到分析整个油箱成型分析的目的。首先，我们将通过ABAQUS/CAE完成图4所示的装配图，其中平面铝板将被冲压成型为图3的结构。图3图2图1成型模具阳模金属板压边条成型模具阴模图4三、建立模型图53.1创建成型模具阳模1、首先运行ABAQUS/CAE，在出现的对话框内选择Create Model Database。2、在主菜单model中命名新建模型为Forming example，并保存文件为examle_forming.cae。3、从Module列表中

3、选择Part，进入Part模块。4、选择PartCreate来创建一个新的零件。在提示区域会出现这样一个信息。5、CAE弹出一个如图5的对话框。将这个零件命名为punch，确认Modeling Space、Type和BaseFeature的选项如下图。输入300作为Approximate size的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。6、在左侧工具条上点击 ，在提示栏中依次输入下表的坐标点，采用图标 连接1和2点、6和7点，采用 连接图中2、3、4点和4、5、6点。曲线不用闭合。点击按钮Done，在弹出的对话框中输入拉伸长度为296，创建拉伸壳，如图6所示。x

4、y1-150.0 -31.1 2-102.47 -31.1 3-93.46 -30.28 4-84.76 -27.86 51.5739.73 634.2 144.40 734.2 200.00 图67、在工具条选择ToolsDatum，在弹出的对话框中选择Type:Plane，Method:3points，点击OK。依次选择不在同一直线上的三个点，如下图7所示，如果想修改点的选择，可以在第三个点选中之前点击提示栏的箭头，123图7图8回退到上一步继续选择。创建的参考平面如下图8所示。8、在主菜单上选择ShapeShellRevolve。在提示栏下拉菜单选择vertical and on the

5、 right，然后选择上图右所创建的上部的垂直线段，进入平面绘图视图。9、采用图标 和 连接图中各点（如步骤6所述顺序），曲线不用闭合。10、在主菜单上选择AddConstructionVerticle，通过曲线最左边线段上的任何一点点击鼠标左键，然后点击提示栏上的Done按钮。在弹出的对话框中默认角度为90度，点击OK完成操作。形成的图形如图9所示。如果旋转方向跟默认的方向不同，可以通过图9点击Flip按钮改变该方向。11、保存文件。3.2创建成型模具阴模阴模为一个刚性壳体。下面我们通过先生成一个变形实体，然后由ABAQUS/CAE的实体直接生成壳体，然后再赋予它刚体属性来完成阴模的创建。1

6、、选择PartCreate创建新零件。2、在弹出的对话框中输入名字：dieoriginal，选择3D、Deformable、Solid、Extrusion。输入1000作为Approximate size的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。3、在左侧工具条上点击 ，以（-180,-10），（180,10）为顶点画出一个矩形，可以通过在提示栏中依次输入坐标点，也可以用鼠标直接在视图中点击完成，确定拉伸长度为660，创建拉伸实体，如图10所示。4、同步骤1、2、3操作，生成一个296×185.5×20的变形体实体零件diecut，在此基础上以

7、185.5×20的表面为基准面生成一个旋转实体，步骤类似于生成punch零件时的第9、10步。生成的实体如图11所示。图10图115、进入Assembly模块，从主菜单中选择InstanceCreate，在Create Instance对话框中选择dieoriginal和diecut，并选中Auto-offset from other instances，点击OK。如图所示。图126、从主菜单中，选择InstanceTranslate，选中零件diecut，提示栏区域会提示选择平移的起始点，点击平板壳的左上角的顶点，然后再点击零件die的左上角顶点（如图13所示的和），得到的结果如图

8、14所示。12图13图14图157、从主菜单中，选择InstanceMerge/cut，输入die作为生成的新零件，选择Cut geometry，并选中Suppress original instances，点击Continue按钮。在视图中，选择dieoriginal零件作为被切割零件，选择diecut作为切割零件，点击Done。完成后的图形如图15所示。8、进入Part模块，对die零件的切割边进行倒角操作。从主菜单中选择选择ShapeBlandRound/Fillet，选择如图16所示的两条边，输入圆角半径15，回车。需要倒圆角的边图16图17图19图189、从主菜单中选择ShapeSh

9、ellFrom Solid，在视图区点击die零件的任何一部分，点击快捷区的Done按钮。从主菜单中选择ShapeShellRemove Face，只保留如图19所示的五个表面，将其余表面全部删除。10、保存文件。ABAQUS/CAE对非变形体不能进行Merge/cut操作，因此，我们首先生成一个变形实体，在后续的Interaction模块中，我们可以通过赋予变形体以刚体属性来完成刚性die零件的创建。3.3创建压边条模型holder1、选择PartCreate创建新零件。2、在弹出的对话框中输入名字：holderoriginal，选择3D、Deformable、Shell、Extrusion

10、。输入1000作为Approximate size的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。3、在左侧工具条上点击 ，以（-180,0），（180,0）为端点画出一条线段，可以通过在提示栏中依次输入坐标点，也可以用鼠标直接在视图中点击完成，确定拉伸长度为660，创建拉伸壳，如图20所示。4、同步骤1、2、3操作，生成一个296×185.5的变形体壳体零件holdercut，在此基础上以长为185.5单位的短边为基准生成一个旋转壳，步骤类似于生成punch零件时的第9、10步。生成的壳如图21所示。图20图21选择该面作为拉伸壳参考面选择该边作为”hori

11、zental and on the top”的边图225、参考生成die零件的第5、6、7步完成holder零件的建模。6、进入Part模块，在主菜单中，选择ShapeShellExtrude，选择holder壳面，在快捷区选择horizontal and on the top，如图所示。连接下图中的多边形区域内的线段和圆弧，点击Done。在弹出的对话框中输入拉伸深度为40，点击OK。图237、对拉伸处的边生成半径为1的倒角，最终的holder模型如图24所示，保存文件。图243.4生成平板模型blank1、从主菜单中选择PartCreate来创建冲压平板。2、在弹出的对话框中输入名字：bla

12、nk，选择3D、Deformable、Shell、Extrusion。输入1000作为Approximate size的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。图253、采用图标 创建一条线段，两个端点的坐标分别为（-180，0）、（180，0）。点击Done按钮，在弹出的对话框的拉伸深度中填入660，点击OK。保存文件。3.4创建材料、进入Property模块，在主菜单中选择MaterialCreate来创建一个新的材料。、在Edit Material对话框，命名这个材料为Steel，选择MechanicalDensity，在密度栏中输入7.85E-9；选择Me

13、chanicalElasticity Elastic，在杨氏模量中输入210000，输入0.31作为泊松比；选择MechanicalPlasticity Plastic，在Data栏中对应位置输入下表中的数据。击OK，退出材料编辑。True stress (MPa)图26Log plastic strain910.01310.159 ´ 10-21710.649 ´ 10-22110.177 ´ 10-12510.395 ´ 10-12910.776 ´ 10-13310.1393910.2953、从主菜单中选择SectionCreate，在C

14、reate Section对话框中定义这个区域为SteelSec，在Category选项中接受Shell作为默认的选择，在Type选项中接受Homogeneous作为默认的选择，点击Continue。4、在出现的Edit Section对话框中选择Steel作为材料，输入1.2作为Plane stress/strain thickness，并点击OK。5、在Part中选择blank，从主菜单中选择AssignSection，选择整个Part，ABAQUS将会把你选择的区域高亮化，在对话栏点击Done，在出现的Assign Section对话框中点击OK。6、保存文件。3.5零件组装1、进入As

15、sembly模块，从主菜单中选择InstanceCreate，在Create Instance对话框中选中零件：blank、die、holder、punch，并选中Auto-offset from other instances，点击OK，如图27所示。图27图282、从主菜单中，选择InstanceTranslate，选中零件die，提示栏区域会提示选择平移的起始点，点击它的左下角的顶点，然后再点击零件blank的左下角顶点（如图28所示），点击OK。3、同理，移动零件holder和punch，顶点和、和分别为holder、punch移动的起点和终点。得到的组合图如图29所示。图294、上述

16、的操作步骤使得punch和blank之间、blank和holder之间、blank和die之间为无间隙接触，考虑到blank零件有1.2单位的厚度，因此实际上这些表面都是过盈接触。如果保持这种状态不变，在进行分析的时候，ABAQUS会对相应的接触面自动进行位移调整，从而产生初始应变，但却没有初始应力，这是不合理的。因此，在装配时需要调整各零件在总体坐标系的2-方向上的相对位置。我们以blank为基准调整其它零件的位置。5、从主菜单中，选择InstanceTranslate，选中零件die，提示栏区域会提示选择平移的起始点，提示栏右端的文本框内有一组坐标，它的含义是平移矢量的起始点坐标，默认为（

17、0.0,0.0,0.0）。回车接受这个默认值，提示栏区域会提示选择平移的终点，输入（0.0,-0.6,0.0），回车，点击OK完成移动。6、重复上步操作，将punch和holder零件沿2-方向平移0.6单位(沿2正方向移动)。7、保存文件。3.6定义分析步1、进入Step模块，从主菜单中选择StepCreate，命名这个分析步为Forming Step，接受默认的Procedure type，选择Dynamic，Explicit，点击Continue。在出现的Edit Step对话框中，在Time period栏中输入0.1，接受其它默认选择，并点击OK，创建一个分析步。2、从主菜单中，选择

18、ViewAssembly Display Options，弹出如图30所示的对话框，选择Instance功能页，点击Visible的选择框，保证只有blank-1被选中，点击OK。图303、在主菜单选择ToolsSetCreate，命名将要生成的节点集为blank，在视图中用鼠标拉出一个矩形，确定将blank零件的顶点和边全部选中，点击提示栏区的Done按钮。重复创建节点集的过程，将下图所示的两条边分别创建为xblank和zblank节点集。zblankxblankpunchRPholderRPdieRP图31图324、同理将其它三个零件均创建为节点集，分别命名die、holder、punch

19、。5、在Assembly Display Options 对话框中将四个零件全选中，点击OK。6、从主菜单中，选择ToolsReference Point，分别选择如图所示的点为参考点，分别命名为：punchRP、holderRP、dieRP。7、从主菜单中，选择OutputField Output RequestsCreate，在出现的对话框中输入名字：thickness，点击Continue，在Edit Field Output Request中设置如图33所示。8、保存文件。图333.7定义表面和相互作用1、进入Interaction模块，选择InteractionPropertyCre

20、ate，在Creat Interaction Property对话框中输入名字：Fric，并点击Continue，点击Mechanical，点击Tangential Behavior，在Friction formulation下拉菜单中选择Penalty，在Friction Coeff处输入0.1，接受其它的默认选择，最后点击OK。2、从主菜单中选择InteractionCreate，输入名字：contact，默认step为Initial，Types for Selected Step选General contact(Explicit)。点击Continue，接受所有默认选择，点击Ok。图34

21、3、从主菜单中选择ConstraintCreate，输入名字die，选择Rigid body，点击Continue，出现图34所示的对话框。选择Body（elements），点击Edit按钮，在提示栏中点击Sets按钮，选择节点集die，在Edit Constraint对话框中点击Reference Point栏的Edit按钮，选择dieRP参考点。点击Ok。4、类似第3步，继续定义刚体punch和holder，对应节点集分别为punch和holder，对应参考点分别为punchRP和holderRP。5、保存文件。3.8定义边界条件1、进入Load模块，从主菜单中选择BCManager，在B

22、oundary Condition Manager中点击Create，在出现的Create Boundary Condition对话框中，命名这个边界条件为dieBC，接受默认的选择，点击Continue，在出现的Region Selection对话框中选择参考点dieRP，点击提示栏中的Done按钮，在出现的Edit Boundary Conditions对话框中选中ENCASTRE，点击OK。2、在Boundary Condition Manager中点击Create，命名这个边界条件为xblank，接受默认的选择，点击Continue，在出现的Region Selection对话框中选择

23、节点集xblank，点击Done，在Edit Boundary Conditions对话框中选中如图35所示选项，点击OK。3、在Boundary Condition Manager中点击Create，命名这个边界条件为zblank，接受默认的选择，点击Continue，在出现的Region Selection对话框中选择节点集zblank，点击Done，在Edit Boundary Conditions对话框中选中如图36所示选项，点击OK。图35图364、在Boundary Condition Manager中点击Create，命名这个边界条件为punchBC，选择Type为Displac

24、ement/Rotation，点击Continue，在出现的Region Selection对话框中选择参考点punchRP，点击Done，选中所有的选项点击OK。重复该步骤，定义边界条件holderBC，约束holderRP点的全部自由度。5、在主菜单中选择ToolsAmplitudeCreate，选择Smooth step然后点击按钮Continue，输入如图37对话框中的数值，点击Ok按钮完成操作。图376、在Boundary Condition Manager中，选中下图所示，点击Edit，在U2中输入-191.3，在Amplitude 栏中选择Amp-1，点击OK，可以注意到，在Forming Step步，punchBC的状态变为Modified。7、在主菜单中选择LoadCreate，在弹出的对话框中名字栏输入Pressure，Step栏中选择Forming Step，Category栏接受默认的Mechanical选择，Types for Selected Step栏中选择Concentrated force，点击Continue按钮，在视图区选择holderRP，点击Done按钮，在Edit Load对话框中输入CF2的大小：-1.5E5，点击OK。8、保存文件图383.9划分网格1、从主菜单选择MeshControls，选中所有的零件，点击Don