直线轴承保持架冲压成形的计算机仿真.pdf

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第1期(总第146期)
机椃工程与自动化
2008年2月
MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION
Feb
文章编号:1672-6413(2008)01-0042-03
直线轴承保持架冲压成形的计算机仿真
刘俊丽,贾培刚
(西安工业大学,陕西西安710032)
摘要:介绍了基于动态显式算法的有限元分析软件包 DYNAFORM对直线轴承保持架冲压成形进行计算机仿
真的全过程。论述了进行板料冲压成形计算机仿真必须注意的问题,并给出了板料冲压成形仿真的一般步骤
关键词:轴承保持架;冲压成形;计算机仿真
中图分类号:TG38:TH164
文獻标识码:A
0引言
理的压料面形状、最佳冲压方向,并可以分析卸载和
轴承保持架是各类轴承产品中不可缺少的重要部切边后的回弹量,据此补偿模具尺寸以得到尺寸和形
件,其主要作用是将滚动体等距离地隔开,以防止轴状精度良好的冲压件。
承运转时滚动体相互碰撞。由于轴承的品种很多,且
以宁波金石机械制造有限公司的产品LMA16直
个型号涉及的保持架模具的更换件达数十个,所以线轴承保持架冲压生产中的拉深工序为例来说明仿真
模具设计的工作量很大。传统的方法主要是依靠技术软件的具体应用。图1是LMA16直线轴承保持架,材
人员的经验来设计保持架的加工工艺和模具,然后通料为08F冷冲压钢板,其材料参数如下:密度为
过试模生产来检验其是否符合产品的设计要求。这样7.83X10kg/m;弹性模量为207MPa;泊松比为0.3
不仅产品的设计周期长,而且消耗大量的人力、物力。屈服强度为175MPa; Barlat屈服函数m=1;各向异
近年来,随着计算机软硬件技术、非线性理论、有限性参数Ro。=1.87、R。=1.27、R。=2.17
元方法、板料塑性变形理论和数值计算方法等的发展
以及与传统的工艺/模具设计技术的交又集成,开创了
利用CAD/CAM/CAPP技术和CAE数值模拟分析
技术进行冲压成形工艺设计的新领域
DYNAFORM软件是由美国ETA公司和LSTC
公司联合开发的用于钣金成型模拟的软件包,是最具
代表性的采用显隐结合算法进行板料成型模拟的软
件,具有丰富的单元模型、本构模型、接触处理模型
它可以模拟板料预弯、拉延、翻边、切边以及多工序
工艺,可以分析成形过程中起皱、回弹、减薄、拉裂
现象,可指导模具几何形状、冲压工艺(拉延筋位置、
分布、摩擦润滑、压边等)的设计和优化,可全面接受
Catia、UG、Pro/E等CAD系统的几何模型。
1冲压成形的仿真
图1直线轴承保持架
该软件通过对板材冲压过程进行数值模拟,在计
动力显式算法
算机上可以观察到模具结构、冲压工艺条件(如压边
DYNAFORM软件采用的是动力显式积分算法,
力、冲压方向、摩擦、润滑等)与材料性能参数(屈服强动力学基本方程的张量形式为:
度、硬化指数、各向异性参数等)对板材冲压成形性(皱
divoーP0)=0
曲、破裂)的影响,还可以提供最佳板料形状与尺寸、合式中:一应力张量;
收稿日期:2007-11-13
作者简介:刘俊丽(1981-)、女?陕西米脂人,硕士研究生。
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2008年第1期
刘俊丽,等:直线轴承保持架冲压成形的计算机仿真
质点的加速度矢量;
的自适应网格划分功能,可以快速划分模型的网格。再
p一一密度。
利用前处理的有限元模型检查功能,找出畸变、翘曲
在式(1)中,忽略了体积力。如果忽略质点的加速等不合理单元加以修改,就可以获得优质的网格模型。
度,就得到了静力学基本方程的张量形式:
在划分网格时应遵循以下原则:①应尽量体现零件的
diva=0
……(2)几何形状,本着计算效率与计算精度兼顾的原则,恰
设n为S上的单位外法线矢量;u为质点的速度当地确定模具及板料的单元尺寸;②对坯料的单元划
矢量;为给定的边界速度,m/s;p为给定的单位面分要比模具划分得更细一些;③在曲面剧烈变化处或
积上的边界力的分量,Pa。由式(1)及在应力边界S,上圆角过渡及拐角处单元应划分得更密一些;①模具网
的应力边界条件n?o=p和在速度边界S。上的速度格的单元法向应指向板料;⑤网格模型中无畸变网格。
边界条件以=a,得到张量形式的虚功率方程:
1.4确定冲压方向并设计压料面和工艺补充面
on,6p,dV+euo,dv-ーpo,dS=0。
DYNAFORM提供了DFE模块,它包括了一系
列基于曲面的自动工具,如冲裁填补功能、冲压方向
式中
弹性体的全部边界,S=S。+Sp;
调整功能以及压料面与工艺补充面生成功能
一弹性体的几何范围
DYNAFORM还可以根据设计人员的需要创建或编
应变速度张量D的虚增量
辑压料面和工艺补充面。
6。一应变速度矢量a的虚增量;
1.5估算坯料
i,j一一为矢量、张量所在的第i行、第j列。
在 DYNAFORM中的RSE模块,可以实现毛坯
将连续的板坯分割成许多在节点处相互连接的小的估算和改善毛坯的外形。得到估算的毛坯轮廓以后,
单元,并按照 Minlin薄壳理论来处理这些壳单元,引用户可以调整后续的毛坯排样并进行成本的估计。
进形函数矩阵和应变矩阵,又引入质量对角化假设与16确定成形エ艺参数
虚拟的阻尼矩阵,就得到单元的矩阵方程
成形工艺参数主要指模具、板料和压边圈之间的
相对位置、接触类型、动模运动曲线、压边圈运动曲
MU+Cワ=pーf。…………………(4
线和力曲线以及摩擦系数和材料性能参数等。
式中:M一对角化的质量矩阵;
DYNAFORM提供了两种设置方法:传统设置方法和
C-对角化的阻尼矩阵
快速设置方法。传统的设置方法具有很大的灵活性,能
p-节点的外力矢量;
够用来设置成形模拟过程,而快速设置方法是对模具
f一一节点的内力矢量;
结构类型做了一些假设,在此基础上程序自动地完成
U一节点的速度矢量。
了在传统设置方法里需要手工完成的任务。
设时间步长为△t,采用中心差分法,由t时刻的已
7有限元分析
知值,可求得在+,Ax时刻节点的加速度の+るa为
前处理完成后就可以进行有限元模拟分析了
DYNAFORM通过接口引入LSーDYNA进行计算运
U+a=(M+かAtC)'(M
+
行并生成一个d3plot文件。
(M+。△xC)-(p
…………………(5)
2后处理分析
在 Etapost中打开d3plot文件,就可以进行后处
在式(5)中,M、C、P以及∫均取时刻的值。由理分析。图2为成形极限图(FLD图),图3为厚度分
于M与C是对角化的矩阵?故式(5)可对每一个单元布图。此直线轴承保持架需多次拉深成形,最大的特
求解,不需要形成总体刚度矩阵。
点是各工序之间是相互关联的,后继工序采用的坯料
1.2建立轴承保持架的几何模型
是经过上次变形后得到的半成品工件,因此在多次拉
轴承保持架的几何模型一般由模拟软件的前处理
部分(pre- process)