經驗 | DEFORM模具應力分析

2018-01-15 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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

對于企業來講,市場競爭日益激烈,生產成本也在逐年上升,當產品批量較大時,模具應力與磨損的分析與優化所帶來的經濟價值顯而易見,而小批量產品的模具往往被大家所忽略,如果我們仔細核算小批量產品的模具研究價值,會發現能夠帶來的經濟價值不可小覷,批量小往往品種也較多,如果設計不合理同樣會出現模具易開裂、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,掌握了模具應力分析與優化的技能,也是自我價值的體現。另外,DEFORM模具應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品還是小批量品種的模具,都是非常有必要進行這項工作。

DEFORM模具應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,之后通過計算達到力的平衡,從而得到模具的受力分布。這種方法的優點在于計算時間短,往往幾分鐘內計算完成,更快獲得結果,缺點是一次計算只能獲得其中一步狀態下的應力分布結果,通常情況下,我們選擇的是鍛造載荷力最大的一步進行應力分析,此時模具整體受力也最大,模具應力分析結果也最可靠。

插值法應力分布結果

采用插值法模具應力分析時,為了工藝人員方便使用,DEFORM軟件提供了向導式模塊,能夠在成形模擬完成之后,快速連續計算模具應力,設置過程簡單明了。

應力分析向導式設置界面

耦合法模具應力分析是指在計算工件成形過程中,同時計算模具應力分布。耦合法的優缺點正好與插值法相反,計算能夠得到每一步的應力分布狀態,這種方法需要將模具設置為變形體,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大的計算能力和更加精準的算法。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化,DEFORM軟件在v10版本以后增加了多重時間步的功能,模具應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,是一個復雜模具結構的耦合分析過程。

耦合法模具應力分析

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