随机选取节点图是节点的正应力分量在XYZ方向上随时

1、 带凸缘圆筒件拉伸成形缺陷受力分析 邵峰（广西工业职业技术学院 机械系 ，广西 南宁530001）摘要：本文利用ETA/Dynaform5.6对带凸缘的圆筒件进行拉深成形模拟，通过观察成形极限图预测成形过程中有可能出现起皱倾向以及起皱的部位，并在这些部位各随机采集一个节点，获得节点从冲压开始到冲压结束的应力曲线图，分析在出现起皱倾向或者起皱瞬间的时间点在X方向、Y方向、Z方向的应力值，最后分析出使材料发生起皱倾向以及起皱的原因的是Y方向的应力。关键词：拉深 数值模拟 The drawing defect stress analysis of a cup with flanges Shao fe

2、ng ( Guangxi Vocational and Technical institute of Industry, Nanning 530001) Abstract: This paper use ETA/Dynaform5.6 simulated the drawing process of the cup with flange, the FLD can prediction the positions where may have wrinkling tendency or wrinkled ,and in the part collect a node randomly ,Obt

3、aining the stess curves from the beginning of stamping to the end of the stamping,Analysis the stress value of x direction、y direction、z direction of the moment of the wrinkling tendency or wrinkling ,finally know that the reason make the material wrinkling tendency and wrinkling is the stress in th

4、e y direction.Keywords : drawing simulation零件为带凸缘的圆筒件， 在圆筒件的拉深成形的过程中，板料在凸模的压力的作用下底部的材料变形比较小，在凸缘面部分的金属在凸模压力的作用下，受到压应力与拉应力的作用，径向拉长，切向压缩，进入凹模与凸模的间隙里面成为圆筒的直壁，经过这样一个过程，毛坯就被拉深为深圆筒件。 该圆筒件在拉深的时候主要有以下几个问题，拉深的时候变形区域比较大，金属流动性强，拉深的过程中凸缘部分的材料因切向压缩很容易起皱， 处于凸模圆角区域的材料因受到径向强烈拉深会变薄，严重时甚至破裂，导致拉深失败。在本论文中将运用有限元分析软件Dynaf

5、orm5.6分析零件拉深变形的特点，对有起皱倾向、起皱区域进行受力分析，从中找出引起该缺陷的力。1 模拟实验准备1.1拉深实验模型图1是为带凸缘的圆筒件，该零件的尺寸的精度是IT14，圆筒件的圆角的半径是6mm,零件材料是DQSK37.图2为该零件展开时候的板坯 图1 带凸缘的圆筒件结构示意图 Fig. The structural of a cup with flange 作者简介：邵峰 （1971-）,男，浙江绍兴人，工程师，学士学位，研究方向：数控、模具。1.2模拟参数 采用双动，材料为DQSK37，凸凹模间隙为0.96mm,板料厚度为0.8mm,摩擦系数为0.125，虚拟冲压速度为20

6、000mm/s1图 2 毛坯Fig.2 Blank2 模拟方案及实验结果分析从成形极限图3中可以看出该圆筒件底部安全，直壁部分呈现有起皱倾向，与凸缘连接的圆角部分以及凸缘呈现起皱现象，在凸缘的边缘部分呈现严重起皱现象，为了分析成形缺陷的受力情况，在有“起皱倾向”的圆筒直壁处随机选取一个节点4724(图4)、在圆筒直壁“起皱”部分随机选取一个节点3549(图4)、在凸缘的“起皱”部分随机选取一个节点8505(图4)，通过观察这三个节点的受力情况来分析引起这些缺陷的原因2。 图3 成形极限图 Fig.3 FLD drawing图4 节点位置示意图 Fig.4 The nodes position

7、of schematic diagram 图5.节点4724在X、Y、Z方向的应力 Fig.5 .Normal stress of node 4724 in X、Y、Z direction分析节点4724，图5是该节点的正应力分量在X,Y,Z方向上随时间变化的曲线图。在成形极限图中观察该节点，当动画运行到第9帧（图6，图7），时间点为0.003774s（表1）的时候圆筒出现起皱现象，在该时间点y方向的应力为拉应力，应力大小为350MP,X方向的应力为拉应力，应力大小为200MP,Z方向的应力为拉应力，应力大小为20MP,|Y|>|X|>|Z|,所以可以认为引起起皱的的原因是，Y方向

8、的拉应力。当动画运行到第10帧（图8，图9），时间点为0.004365s（表1）的时候，板料由起皱转变为有起皱倾向，观察图5，在该时间点Y方向的应力为拉应力，应力大小为250MP,Z方向的应力为拉应力，应力大小为30MP,X方向应力为压应力，应力大小为50MP,可以认为材料由起皱改为有起皱倾向，原因是Y方向的拉应力变小，X方向由拉应力变为压应力。|Y|>|X|>|Z|，所以可以认为引起有起皱倾向的的原因是，Y方向的拉应力。 图6 节点4724第9帧成形极限图 Fig.6. The node 4724 of FLD at the end of drawing under condit

9、ion of 9th step 图7 第9帧成形极限图局部放大图 Fig.7 Local enlarging graph of FLD at the end of drawing under condition of 9th step 图8 节点4724第10帧成形极限图 Fig.8 The node 4724 of FLD at the end of drawing under condition of 10th step图9 第10帧成形极限图局部放大图 Fig.9 Local enlarging graph of FLD at the end of drawing under condi

10、tion of 10th step 图10.节点3549在X、Y、Z方向的应力 Fig10 .Normal stress of node 3549 in X、Y、Z direction分析节点3549，图10是该节点的正应力分量在X,Y,Z方向上随时间变化的曲线图。追踪该节点从冲压开始到冲压结束的运动轨迹，在成形极限图中观察该节点，当动画运行到第9帧图(图11,12)的时候，时间点0.003774s（表1）的时候圆筒出现起皱倾向，在该时间点Y方向的应力为拉应力，应力大小为150MP,X轴方向的应力为压应力，应力大小为80MP,Z方向的应力为0，|Y |>|X|>|Z|, .可以认为

11、引起板料有起皱倾向的是Y方向的应力。当动画运行到第13帧(图13,14)，时间点为0.006140s(表1)的时候，在成形极限图中可以看到，图形中出现起皱，此时该节点的应力Y为拉应力，应力大小为250MP,Z方向的应力为拉应力，应力大小为45MP，X方向的应力为压应力，应力大小为90MP, |Y |>|X|>|Z|，可以认为引起板料有起皱倾向的是Y方向的应力。图11节点3549在第9帧成形极限图 Fig.11 The node 3549of FLD at the end of drawing under condition of 9th step图12.第9帧成形极限图局部放大图F

12、ig.12 Local enlarging graph of FLD at the end of drawing under condition of 9th step图13.节点3549在第13帧成形极限图 Fig.13The node 3549of FLD at the end of drawing under condition of13th step图14.第13帧成形极限图局部放大图Fig14 Local enlarging graph of FLD at the end of drawing under condition of 13th step图15.节点8505在X、Y、Z方

13、向的应力 Fig.15 .Normal stress of node 8505in X、Y、Z direction随机选取节点8505，如图所示，图15是该节点的正应力分量在X,Y,Z方向上随时间变化的曲线图，追踪该节点从冲压开始到冲压结束的运动轨迹，在成形极限图中观察该节点，动画在前8帧的时候，在该节点板料还处于未充分拉深的状态，当动画运行到第9帧(图16,17)的时候板料从未充分拉深变化为起皱，观察该节点在这个时刻0.003774s(表1)，在该节点Y的应力为压应力，应力大小为130MP,X方向应力为拉应力，应力大小为为70MP,Z方向的应力为0MP, |Y |>|X|>|Z|

14、，可以认为引起板料有起皱倾向的是Y方向的应力。图16节点8505在第9帧成形极限图 Fig.16 The node 3549of FLD at the end of drawing under condition of9th step图17第9帧成形极限图局部放大图 Fig.17 Local enlarging graph of FLD at the end of drawing under condition of 9th step表1 成形极限图每一帧图所对应的时间 Table.1 The time of each frame in the forming limit diagram 帧数

15、每一帧所对应的时间（s）10.00000020.00040030.00079940.00120050.00159960.00200070.00259180.00318390.003774100.004365110.004957120.005548130.006140140.006607150.006924160.0072403 结论表2 节点发生起皱倾向、起皱瞬间在X、Y、Z方向的应力值Table2 Stress of nodes in X、Y、Z direction at moment of wrinkling tendency and wrinkling being appeared应力（MP）起皱趋势XYZ4724-50250303549-8