經(jīng)驗 | DEFORM模具應(yīng)力分析

2018-01-15 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在金屬成形工藝制定中,我們期望生產(chǎn)出合格、高質(zhì)量的鍛件,而另一方面,模具的質(zhì)量和壽命也是非常重要的一部分,DEFORM數(shù)值模擬的應(yīng)用完美的解決了這兩個問題。今天我們主要認(rèn)識一下模具應(yīng)力分析的重要性及方法。

對于企業(yè)來講,市場競爭日益激烈,生產(chǎn)成本也在逐年上升,當(dāng)產(chǎn)品批量較大時,模具應(yīng)力與磨損的分析與優(yōu)化所帶來的經(jīng)濟(jì)價值顯而易見,而小批量產(chǎn)品的模具往往被大家所忽略,如果我們仔細(xì)核算小批量產(chǎn)品的模具研究價值,會發(fā)現(xiàn)能夠帶來的經(jīng)濟(jì)價值不可小覷,批量小往往品種也較多,如果設(shè)計不合理同樣會出現(xiàn)模具易開裂、打塌、磨損等各種缺陷,而直接采用最好的模具材料、最大的輪廓尺寸設(shè)計模具,又會造成不必要的浪費。對于模具工程師來講,掌握了模具應(yīng)力分析與優(yōu)化的技能,也是自我價值的體現(xiàn)。另外,DEFORM模具應(yīng)力分析是一項非常簡單而又不會花費多少時間和精力的工作,因此無論是大批量產(chǎn)品還是小批量品種的模具,都是非常有必要進(jìn)行這項工作。

DEFORM模具應(yīng)力分析提供了兩種方法,插值法和耦合法。插值法如下圖所示,是在鍛件產(chǎn)品變形模擬計算完成之后,通過反向插值的方式,將工件上的受力反作用到模具表面,之后通過計算達(dá)到力的平衡,從而得到模具的受力分布。這種方法的優(yōu)點在于計算時間短,往往幾分鐘內(nèi)計算完成,更快獲得結(jié)果,缺點是一次計算只能獲得其中一步狀態(tài)下的應(yīng)力分布結(jié)果,通常情況下,我們選擇的是鍛造載荷力最大的一步進(jìn)行應(yīng)力分析,此時模具整體受力也最大,模具應(yīng)力分析結(jié)果也最可靠。

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插值法應(yīng)力分布結(jié)果

采用插值法模具應(yīng)力分析時,為了工藝人員方便使用,DEFORM軟件提供了向?qū)侥K,能夠在成形模擬完成之后,快速連續(xù)計算模具應(yīng)力,設(shè)置過程簡單明了。

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應(yīng)力分析向?qū)皆O(shè)置界面

耦合法模具應(yīng)力分析是指在計算工件成形過程中,同時計算模具應(yīng)力分布。耦合法的優(yōu)缺點正好與插值法相反,計算能夠得到每一步的應(yīng)力分布狀態(tài),這種方法需要將模具設(shè)置為變形體,多變形體模擬計算時間較長,占用的存儲空間也較大,而且多個不同類型的變形體耦合變形需要強(qiáng)大的計算能力和更加精準(zhǔn)的算法。DEFORM軟件對于不同類型的變形體組合(如彈性體+塑性體、彈塑性體+塑性體、塑性體+塑性體等等)提供多種算法可供選擇,對于計算時間上的優(yōu)化,DEFORM軟件在v10版本以后增加了多重時間步的功能,模具應(yīng)力分析與工件成形分析采用不同的時間步長,大大縮短了計算時間。如下圖所示,是一個復(fù)雜模具結(jié)構(gòu)的耦合分析過程。

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耦合法模具應(yīng)力分析

在模具應(yīng)力分析中,有一種常見的模具組合結(jié)構(gòu)——過盈配合,這種模具結(jié)構(gòu)能夠使模具提前獲得內(nèi)應(yīng)力,這種內(nèi)應(yīng)力與模具在工件成形過程中的受力方向相反,能夠抵消部分應(yīng)力,從而降低模具應(yīng)力大小,提高模具強(qiáng)度。過盈配合模具在使用DEFORM應(yīng)力分析時,設(shè)置處理非常簡單,作為一種邊界條件直接添加到內(nèi)模具的外面表或外模具的內(nèi)表面,并且考慮到裝配的因素,過盈配合量沿高度方向是可變的。