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 xxxxx 名字 xxxxxxx 完成日期 xxxxx 年 xx 月 xx 日1目 录一、 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22.3接触和摩擦32.4材料性能参数5三、 结果分析与讨论63.1 变形机理分析63.2模具和工艺参数影响性分析73.2.1凸凹模间隙的影响73.2.2凸模圆角半径的影响83.2.3凹模圆角半径的影响93.2.4凸模和板料摩擦系数的影响93.2.5 凹模和板料摩擦系数的影响103.2.6压边力的影响11四、 总结12

2、1、 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。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。2、 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拉深材料对称轴diepunchholder图2-1-1 简化的轴对称模型图 2-1-2 四边形网格划分 Pun

3、ch部分划分成39个部分，其中弯曲圆角部分为15 网格类型：RAX2Die 部分划分40个部分，其中弯曲圆角部分为10 网格类型：RAX2Holder 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一共划分成153个部分2.2边界和载荷条件边界Step-1 holder forcePunchàU1=0, U2=0, UR3=0固定凸模Die àU1=0, U2=0, UR3=0固定凹模HolderàU1=0, UR3=0约束压边圈x方向，y方向自由Blank 左侧对称面约束X方向，U1=0Step-2 punchin

4、gPunch U1=0, U2=-45 , UR3=0 凸模向下运动45mmStep-3 remove dieBlank U1=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=0, U2=0, UR3=0图2-2-1 材料的边界条件载荷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0.1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Bl

5、ank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下图所示，材料的名义屈服应力为235MPa，名义应变为0.03，从而得知真实应力为242MPa,真实应变为0.03，塑性应变为0.当材料到达屈服极限时，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1.图2-4-1 材料应力应变曲线参考资料：钢真实应力应变曲线研究 田芳，刘财喜，刘芳，罗武，邓瑞基，陈胜铭，罗迎社 （中南林业科技大学流变力学

6、与材料工程研究所，湖南长沙）图2-4-2 Q235成形极限图3、 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，故壁厚和硬度越高。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。位于凹模圆角部分的材料，周向受压，径向受拉，同时外侧还受到凹模圆角的顶压作用，沿

7、厚向产生压应力，该区径向拉应力大于周向压应力，当坯料流过凹模圆角时，同时受到摩擦、弯曲和拉直作用，容易发生起皱现象。如下图所示：容易起皱位置危险截面容易拉裂位置 图3-1-1 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，可以从下表中看到，间隙过小时，最小壁厚最小，容易在危险断面破裂。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1.251350.10.0830000.90

8、4715330.2010.4930.2750.377无1.21350.10.0830000.905547332.4140.4990.2730.38无1.151350.10.0830000.9044482324.280.5040.2730.382无1.11350.10.0830000.900497320.5030.510.2730.386无1.051350.10.0830000.897396332.7580.5210.2740.393无表3-2-1 凸凹模间隙的影响图3-2-1 凸凹模间隙对起皱的影响3.2.2凸模圆角半径的影响凸模圆角半径过小时，会使危险断面附近过度变薄，从而降低了最大承载能力

9、，发生断裂。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1.25850.10.0830000.898863345.6710.5110.2780.385无1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无1.251850.10.0830000.917544338.2890.4660.2730.368无1.252350.10.0830000.920613335.9040.4420.2680.354无1.252850.10.0830000.924686313

10、.6180.4130.2490.337无表3-2-2 凸模圆角半径隙的影响图3-2-2 凸模圆角对起皱的影响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。凹模圆角半径过大时，会减小有效压边面积，使工件加工精度不高。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1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无1.251380.10.0830000.943696293.

11、9330.4430.2640.342无1.2513100.10.0830000.934329242.6190.4260.250.333无1.2513130.10.0830000.943816241.4960.4140.2360.321无表3-2-3 凹模圆角半径的影响 图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大时，危险截面变大，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.

12、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1.251350.140.0830000.902883328.5560.4920.2750.377无1.251350.160.0830000.904721330.3960.4920.2750.377无表3-2-4 凸模和板料摩擦系数的影响 图3-2-4 凸模摩擦系数对起皱的影响3.2.5 凹模和板料摩擦系数的影响 凹模和板料摩擦系数增大时，危险断裂截面变小，容易

13、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1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377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1.251350.10.1630000.89

14、6991330.240.4940.2710.381无表3-2-5 凹模和板料摩擦系数的影响图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，提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1.251350.10.0810000.962886341.480.4490.2460.324无1.251350.10.0815000.963515341.3990.4480.2460.324无1.251350.10.082

15、0000.906292333.2730.4920.2740.377无1.251350.10.0825000.905424329.760.4920.2740.377无1.251350.10.0830000.904715330.2010.4930.2750.377无图3-2-6 压应力对起皱的影响4、 总结基于FEA分析可以得出，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，故壁厚和硬度越高。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，又受不到凸模圆角处的有益摩擦作用，成为拉深断裂可能发生的危险截