【鍛造技術(shù)】DEFORM模具應(yīng)力分析

2018-05-21 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(gè)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(shí),模具應(yīng)力與磨損的分析與優(yōu)化所帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)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(jià)值,會(huì)發(fā)現(xiàn)能夠帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值不可小覷,批量小往往品種也較多,如果設(shè)計(jì)不合理同樣會(huì)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(jì)模具,又會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。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(jià)值的體現(xiàn)。另外,DEFORM模具應(yīng)力分析是一項(xiàng)非常簡單而又不會(huì)花費(fèi)多少時(shí)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(xiàng)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(jì)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(jì)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(diǎn)在于計(jì)算時(shí)間短,往往幾分鐘內(nèi)計(jì)算完成,更快獲得結(jié)果,缺點(diǎn)是一次計(jì)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(shí)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(shí),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(jì)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(jì)算工件成形過程中,同時(shí)計(jì)算模具應(yīng)力分布。耦合法的優(yōu)缺點(diǎn)正好與插值法相反,計(jì)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(jì)算時(shí)間較長,占用的存儲空間也較大,而且多個(gè)不同類型的變形體耦合變形需要強(qiáng)大的計(jì)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(jì)算時(shí)間上的優(yōu)化,DEFORM軟件在v10版本以后增加了多重時(shí)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(shí)間步長,大大縮短了計(jì)算時(shí)間。如下圖所示,是一個(gè)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(shí),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。