1、鈑金成型例題講解II一、背景在上一章中，我們針對ABAQUS模擬成型問題的過程進行了詳細的介紹，其中最重要的環(huán)節(jié)莫過于用戶對于實際問題的物理過程的把握。在成型工藝上，過去很多生產(chǎn)廠習慣于一次成型完畢，好處是成型時間短、生產(chǎn)進度快，免去了二次成型的麻煩，但不足之處是操作人員多，勞動強度大，質(zhì)量不易控制。隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展，成型件的尺度不斷加大，一次成型的弊端日漸引起重視。為了保證質(zhì)量，有的單位采用了國外常用的多次成型法，即成型件的最終形狀分為若干個成型步來完成，每次成型其中的一部分。很多實際鈑金件的成型加工過程都是經(jīng)過若干次成型來完成的，這些多次加工過程中，最簡單的情況就是二次成型過程。這種

2、加工方法的好處是質(zhì)量容易控制，但也存在一些問題如施工周期長，需采用專用的適于多次成型的模具，因而，在批量小、模具少的情況下不宜采用。本章我們將對更為復(fù)雜的成型問題進行重點描述，經(jīng)過本章例題的操作，用戶將對ABAQUS在鈑金成型方面的應(yīng)用有更為深刻的認識。二、問題的描述本例題所模擬的問題，是某實際鈑金成型件的實際加工過程。該過程包括兩次成型分析，而實際的模擬步驟分為七步來完成：1.定位第一套模具的空間位置；2.定位坯料在第一套模具上的相對位置；3.進行第一次成型；4.成型之后第一套模具的上下模分離；5.定位初次成型之后的半成品料在第二套模具上的相對位置，為了使用戶視圖區(qū)域簡潔明了，我們在該分析步

3、中人為的加入一個操作，即移開第一套模具，讓第二套模具在試圖前部；6.進行第二次成型；7.成型之后第二套模具上下模分離。圖1為鈑金件實際成型后的形狀，圖2為第一套模具示意圖，圖3為第二套模具示意圖。首先，我們將通過ABAQUS/CAE完成圖4所示的裝配圖，其中平面鋁板將被沖壓成型為圖1的結(jié)構(gòu)。圖1圖2圖3圖4三、建立模型3.1創(chuàng)建第一套成型模具1、首先運行ABAQUS/CAE，在出現(xiàn)的對話框內(nèi)選擇Create Model Database。2、在主菜單model中命名新建模型為two step，并保存文件為twostep.cae。3、從Module列表中選擇Part，進入Part模塊。4、選擇P

4、artCreate來創(chuàng)建一個新的零件。在提示區(qū)域會出現(xiàn)這樣一個信息。5、CAE彈出一個如圖5的對話框。將這個零件命名為smoothbot，確認Modeling Space、Type和BaseFeature的選項如下圖。輸入300作為Approximate size的值。點擊Continue。ABAQUS/CAE初始化草圖，并顯示格子。圖56、在左側(cè)工具條上點擊標 ，連接（-100,0）和（-60,0）點、（60,0）和（100,0）點，采用 依次點擊下面三個坐標點（0,25）、（60,0）、（-60,0）。點擊按鈕Done，在彈出的對話框中輸入拉伸長度為40，創(chuàng)建拉伸殼，如圖6所示。圖67、在

5、工具圖標上選擇 ，按住SHIFT鍵用鼠標左鍵選擇圖6中圓弧面和平面之間的兩段邊界線，點擊done按鈕。在快捷區(qū)輸入5.0作為倒角的半徑，回車。生成的三維圖形如圖7所示。圖78、保存文件。9、仿照我們前面的操作，生成如圖8所示的幾何圖形，將其命名為：smoothtop。它的基本屬性：Modeling Space、Type和BaseFeature的選項跟smoothbot相同，拉伸深度也是40個單位，有圓倒角處倒角半徑為5個單位，不同的地方為其圓弧面的半徑比smoothbot小2.2個單位，以保證成型過程中坯料在上下模之間的空間；左右兩個豎直平面的高度為20個單位。圖810、保存文件。3.2創(chuàng)建第

6、二套成型模具1、選擇PartCreate創(chuàng)建新零件。2、在彈出的對話框中輸入名字：tectbot，選擇3D、Discrete rigid、Shell、Extrusion。輸入300作為Approximate size的值。點擊Continue。ABAQUS/CAE初始化草圖，并顯示格子。3、在左側(cè)工具條上點擊 ，順序連接以下諸點：（-100,60）、（-60,60）、（-60,20）、（-30,20）、（-30,0）、（30,0）、（30,20）、（60,20）、（60,60）、（100,60）。點擊按鈕Done，在彈出的對話框中輸入拉伸長度為40，創(chuàng)建拉伸殼，如圖9所示。4、在相應(yīng)的轉(zhuǎn)折邊界

7、進行倒圓角操作，其中圓角半徑大小分別為4個單位和8個單位，左右對稱，生成的圖形如圖10所示。5、保存文件。6、仿照我們前面的操作，生成如圖11所示的幾何圖形，將其命名為：tecttop。它的基本屬性：Modeling Space、Type和BaseFeature的選項跟tectbot相同，拉伸深度也是40個單位，有圓倒角處倒角半徑與前面設(shè)置相同，不同的地方為其各部分線段的長度，使得當它與tectbot配合使用時，其間隙大小為2.2個單位。因此，順序連接的坐標點分別為（-100,60）、（-57.8,60）、（-57.8,20）、（-27.8,20）、（-27.8,0）、（27.8,0）、（27

8、.8,20）、（57.8,20）、（57.8,60）、（100,60）。7、保存文件。圖9 R=4 R=8圖103.3生成平板模型deform1、從主菜單中選擇PartCreate來創(chuàng)建沖壓坯料平板。2、在彈出的對話框中輸入名字：deform，選擇3D、Deformable、Shell、Extrusion。輸入300作為Approximate size的值，點擊Continue。ABAQUS/CAE初始化草圖，并顯示格子。3、采用圖標 創(chuàng)建一條線段，兩個端點的坐標分別為（-100，0）、（100，0）。點擊Done按鈕，在彈出的對話框的拉伸深度中填入30，點擊OK。生成的圖形如圖11所示4、保

9、存文件。圖113.4創(chuàng)建材料、進入Property模塊，在主菜單中選擇MaterialCreate來創(chuàng)建一個新的材料。、在Edit Material對話框，命名這個材料為Material-1，選擇MechanicalDensity，在密度欄中輸入4.55 E-9；選擇MechanicalElasticity Elastic，在楊氏模量中輸入210000，輸入0.4作為泊松比；選擇MechanicalPlasticity Plastic，在Data欄中對應(yīng)位置輸入下表中的數(shù)據(jù)。擊OK，退出材料編輯。表一：材料塑性屬性True stress (MPa)Log plastic strain41.82

10、642036046.357615890.000291.321017780.0004139.42140120.0006204.25235270.0009229.69675850.0010125271.87173230.0012294.17915650.0013344.02230740.001525360.05576860.0016409.20181250.001825469.50156850.0021522.48170090.00235541.65214360.00245557.68560470.00255595.32938310.010425635.41303590.02095659.1146

11、7410.03333、從主菜單中選擇SectionCreate，在Create Section對話框中定義這個區(qū)域為Section，在Category選項中接受Shell作為默認的選擇，在Type選項中接受Homogeneous作為默認的選擇，點擊Continue。4、在出現(xiàn)的Edit Section對話框中選擇Steel作為材料，輸入2.0作為Plane stress/strain thickness，并點擊OK。5、在Part中選擇deform，從主菜單中選擇AssignSection，選擇整個Part，ABAQUS將會把你選擇的區(qū)域高亮化，在對話欄點擊Done，在出現(xiàn)的Assign Se

12、ction對話框中點擊OK。6、保存文件。3.5零件組裝1、進入Assembly模塊，從主菜單中選擇InstanceCreate，在Create Instance對話框中選中零件：deform、smoothbot、smoothtop、tectbot、tecttop，點擊OK，如圖12所示。圖122、從主菜單中，選擇InstanceTranslate，選中零件tectbot，提示欄區(qū)域會提示選擇平移的起始點，在其右側(cè)的文本框可以看到默認的坐標點（0.0,0.0,0.0），接受該默認值點擊鼠標中鍵或直接按回車鍵。提示欄區(qū)域會提示選擇平移的終點，在文本框里面輸入坐標點（0.0,-60,-100）按回

13、車鍵或在試圖區(qū)直接點擊鼠標中鍵。同理，采用上述操作，將零件tecttop以（0.0,0.0,0.0）指向（0.0,-57.8,-100）的矢量平移，將零件deform以（0.0,0.0,0.0）指向（220.0,1.0,5.0）的矢量平移。得到的最終裝配圖如圖13所示。圖133、保存文件。3.6定義分析步1、進入Step模塊，從主菜單中選擇StepCreate，命名這個分析步為positionpunch1，接受默認的Procedure type，選擇Dynamic，Explicit，點擊Continue。在出現(xiàn)的Edit Step對話框中，在Time period欄中輸入0.0001，接受其它

14、默認選擇，并點擊OK，創(chuàng)建第一個分析步；同理，依次創(chuàng)建分析步：positionblank1、forming1、seperate1、positionblank2、forming2、seperate2。分析步類型均為“Dynamic，Explicit”，時間步長分別為：0.0001s、0.04、0.0001s、0.0001s、0.06s、0.0001s。打開分析步管理器，可以看到如圖14所示的整個分析流程：圖142、從主菜單中，選擇ViewAssembly Display Options，彈出如圖15所示的對話框，選擇Instance功能頁，點擊Visible的選擇框，保證只有deform-1被選

15、中，點擊OK。圖153、在主菜單選擇ToolsSetCreate，命名將要生成的節(jié)點集為blank，在視圖中用鼠標拉出一個矩形，確定將deform零件的頂點和邊全部選中，點擊提示欄區(qū)的Done按鈕。重復(fù)創(chuàng)建節(jié)點集的過程，將所創(chuàng)建的零件分別創(chuàng)建為smoothbot、smoothtop、tectbot、tecttop節(jié)點集，將deform零件的兩條長邊創(chuàng)建為xblank節(jié)點集。圖164、從主菜單中，選擇ToolsReference Point，分別選擇如圖所示的點為參考點，分別命名為：smoothbotRP、smoothtopRP、tectbotRP、tecttopRP。并將這些參考點分別生成對應(yīng)

16、的節(jié)點集，節(jié)點集名字對應(yīng)為：smoothbotRP、smoothtopRP、tectbotRP、tecttopRP。5、在主菜單選擇ToolsSurfaceCreate，將零件smoothbot的上表面定義為成型過程中將要發(fā)生接觸的表面，命名為：smoothbot；同理，零件smoothtop的下表面對應(yīng)為smoothtop、零件tectbot的上表面對應(yīng)為tectbot、零件tecttop的下表面對應(yīng)為tecttop、零件deform的上下表面分別對應(yīng)blankbot和blanktop。圖17所示為定義的所有表面，圖18所示為定義的所有節(jié)點集。6、在主菜單中選擇ToolsPartition，

17、Type欄選擇：Face，Method欄選擇：Use shortest path between 2 points，點擊OK，依次選擇零件deform的兩個長邊中點，點擊Create Partition。選擇ToolsSetCreate，命名剛剛生成的分割線為zblank節(jié)點集。圖17圖186、從主菜單中，選擇OutputField Output RequestsCreate，在出現(xiàn)的對話框中輸入名字：thickness，點擊Continue，在Edit Field Output Request中設(shè)置如圖19所示。7、保存文件。圖193.7定義表面和相互作用1、進入Interaction模塊，

18、選擇InteractionPropertyCreate，在Creat Interaction Property對話框中輸入名字：Fric，并點擊Continue，點擊Mechanical，點擊Tangential Behavior，在Friction formulation下拉菜單中選擇Penalty，在Friction Coeff處輸入0.1，接受其它的默認選擇，最后點擊OK。2、由于坯料跟第一套模具接觸關(guān)系是在forming1分析步開始建立的，跟第二套模具的接觸關(guān)系是在forming2分析步開始建立，而其他的分析步均沒有接觸發(fā)生，因此，可以依照下圖20所示的管理器示意圖分別定義各個接觸對，

19、接觸類型為：surface-to-surface contact(Explicit)，其中，命名為smoothbotblankbot的接觸對分別選擇smoothbot表面和blankbot表面，命名為smoothtopblanktop的接觸對分別選擇smoothtop表面和blanktop表面，命名為tactbotblankbot的接觸對分別選擇tactbot表面和blankbot表面，命名為tacttopblanktop的接觸對分別選擇tacttop表面和blanktop表面；接觸屬性均為上一步創(chuàng)建的Fric屬性。圖203、從主菜單中選擇ConstraintCreate，輸入名字smooth

20、bot，選擇Rigid body，點擊Continue，出現(xiàn)圖21所示的對話框。選擇Body（elements），點擊Edit按鈕，在提示欄中點擊Sets按鈕，選擇節(jié)點集smoothbot，在Edit Constraint對話框中點擊Reference Point欄的Edit按鈕，選擇smoothbotRP參考點。點擊OK。4、類似第3步，繼續(xù)定義剛體smoothtop、tectbot和tecttop，對應(yīng)節(jié)點集分別為smoothtop、tectbot和tecttop，對應(yīng)參考點分別為smoothtopRP、tectbotRP和tecttopRP。打開管理器，可以看到如圖21-1所示的對話框，

21、雙擊每一個剛體的定義，或者選中該剛體的名稱，點擊編輯按鈕，都可以看到類似圖21-2的對話框，檢查它們的定義是否一一對應(yīng)。圖21-1圖21-22008-5-305、為剛體定義質(zhì)量點。在主菜單中選擇SpecialInertiaCreate，在Name欄輸入point_mass，在Type欄選擇Point mass/inertia，點擊Continue，在視圖選擇smoothbotRP、smoothtopRP、tectbotRP和tecttopRP，在提示欄區(qū)點擊Done按鈕，在隨后彈出的對話框中，在質(zhì)量欄輸入1.0E-11，在轉(zhuǎn)動慣量欄分別輸入1.0、1.0、1.0。點擊OK按鈕。6、保存文件。3

22、.8定義邊界條件1、進入Load模塊，在主菜單中選擇ToolsAmplitudeCreate，命名為：Amp-1，Type欄選擇Smooth step，然后點擊按鈕Continue，輸入如圖22-1對話框中的數(shù)值，點擊OK按鈕完成操作；同理，創(chuàng)建Amp-2、Amp-3，Type欄選擇Smooth step，輸入如圖22-2、22-3對話框中的數(shù)值，點擊OK。 圖22-2圖22-1圖22-32、定義坯料平板（blank）的邊界條件：從主菜單中選擇BCManager，在Boundary Condition Manager中點擊Create，在出現(xiàn)的Create Boundary Condition

23、對話框中，命名這個邊界條件為blankposition1，接受默認的選擇，即Step為Initial，Category為Mechanical，Types for Selected Step為Displacement/Rotation，點擊Continue，在隨后出現(xiàn)的視圖中選擇坯料平板，或者點擊提示區(qū)最右邊的按鈕，會彈出圖23所示的對話框，選擇blank，如果選中“Highlight selections in viewport”，在視圖中坯料平板零件會以高亮的方式顯示。然后點擊按鈕Continue，在如圖24所示的對話框中將所有的自由度全部選中，點擊OK按鈕。圖23圖24這樣，坯料平板零件在

24、初始分析步時被限制了所有的自由度。接下來在每一個分析步中定義blank的邊界條件，結(jié)合本章最初對于問題的描述，實際的模擬步驟分為七步來完成，我們分別在這七步中來完成邊界條件的定義：1）定位第一套模具的空間位置，即positionpunch1步，該分析步中blank保持在原來的空間位置不動，其所有的自由度保持全部為零；2）定位坯料在第一套模具上的相對位置，即positionblank1步，該分析步中blank在總體坐標系的1-方向反向平移220個單位，使得它正好處于第一套模具中間，為下一步的初步成型分析做準備，我們編輯它的邊界條件如圖25所示，U1的文本框中輸入-220，其它自由度仍保持為零，同

25、時在Amplitude的下來框中選擇Amp-1，點擊OK按鈕。圖253）進行第一次成型，即forming1分析步，該分析步中為了約束blank的剛體位移，我們定義節(jié)點集xblank和zblank的邊界條件，這兩個邊界條件的名字分別為：xblank-1、zblank-1，它們均為對稱邊界條件，其中節(jié)點集xblank為U1=UR2=UR3=0，zblank為U3=UR1=UR2=0；4）成型之后第一套模具的上下模分離，即seperate1分析步，該分析步平板blank的自由度全部放松，即沒有邊界條件所約束，可以點擊邊界條件管理器對話框右側(cè)的deactivate按鈕來實現(xiàn)；5）定位初次成型之后的半成

26、品料在第二套模具上的相對位置，為了使用戶視圖區(qū)域簡潔明了，我們在該分析步中人為的加入一個操作，即移開第一套模具，讓第二套模具在試圖前部，即positionblank2分析步，該分析步中，blank在3-方向反向平移80個單位，類似于前面介紹的第二個分析步的定義，我們首先新創(chuàng)建一個邊界條件，將其命名為blankposition2，分析步選擇positionblank2分析步，Category為Mechanical，Types for Selected Step為Displacement/Rotation，點擊Continue，在隨后出現(xiàn)的視圖中選擇坯料平板，或者點擊提示區(qū)最右邊的按鈕，在彈出的對

27、話框中選擇節(jié)點集blank，點擊OK按鈕，我們編輯它的邊界條件如圖26所示，U3的文本框中輸入-100，其它自由度均為零，同時在Amplitude的下來框中選擇Amp-1，點擊OK按鈕。圖266）進行第二次成型，即forming2分析步，該分析步中，同樣限制xblank和zblank兩個節(jié)點集以對稱邊界條件，這兩個邊界條件的名字分別為：xblank-2、zblank-2；7）成型之后第二套模具上下模分離，即seperate2分析步，該分析步中，blank的自由度全部放松，為了限制其剛體位移，我們將xblank節(jié)點集施以固定邊界條件，即約束它的全部自由度，這個邊界條件的施加雖然跟實際情況并不一致

28、，但是由于xblank節(jié)點集在坯料blank中的對稱性質(zhì)，約束它并不會對成型過程造成太大影響。該邊界條件被命名為：xblank-3。3、定義第一套模具的邊界條件。首先我們對第一套模具在整個成型分析過程中的動作做簡要分析：在第一個分析步中定位上下模的空間位置，該分析步完成之時，下模保持固定不動，上模在2-方向平移39.8個單位，開打模具為下一步喂進坯料做準備，其位置變化的路徑由Amp-2曲線和U2方向給定的強制位移來控制；進入第二個分析步，坯料被送進上下模之間，而模具保持固定不動；第三個分析步為第一次成型過程，下模繼續(xù)固定不動，上模在2-方向強制反向平移39.8個單位完成沖壓過程；之后的第四個分

29、析步為該套模具分離的過程，跟第一個分析步的控制條件相同；第五個分析步的設(shè)計是為了移開它們，使其不影響用戶觀察試圖，用戶可以根據(jù)自己方便設(shè)計它們的位置，本例采用的方法是給定它們在3-方向反向強制位移200個單位，使其移動到第二套模具之后；此后的分析步該套模具不再參與，不需要對它們設(shè)定邊界條件，因此點擊deactivate按鈕解除相應(yīng)的分析步的約束。第一套模具的運動路徑清楚之后，我們采用前面所掌握的操作方法就可以很方便地設(shè)定它們在對應(yīng)分析步中的邊界條件，需要注意的是，Amp-1和Amp-2在不同分析步的選擇。4、定義第二套模具的邊界條件。同理，我們對第二套模具在整個成型分析過程中的動作做簡要分析：

30、對于下模來說，整個分析過程中，它均保持固定不動，因此可以在Initial分析步中給定它以固定邊界條件即可；對于上模，在前三個分析步中，它也保持固定不動，在第四個分析步中，即seperate1分析步，它跟下模分開，在2-方向平移59.8個單位，為下一步喂進半成型坯料做準備，其位置變化的路徑由Amp-2曲線和U2方向給定的強制位移來控制；進入第五個分析步，半成型坯料被送進上下模之間，而模具保持固定不動；第六個分析步為第二次成型過程，下模繼續(xù)固定不動，上模在2-方向強制反向平移59.8個單位完成沖壓過程；最后的分析步為該套模具分離的過程，跟第四個分析步的控制條件相同。第二套模具的運動路徑清楚之后，我們采用前面所掌握的操作方法就可以很方便地設(shè)定它們在對應(yīng)分析步中的邊界條件，同樣需要注意Amp-1和Amp-2在不同分析步的選擇。下面的圖27各圖是整個分析過程中，模具及坯料的空間位置示意圖。圖27-1圖27-2圖27-4圖27-3圖27-6圖27-5圖27-8圖27-75、保存文件打開邊界條件管理器，可以看到如圖28所示的對話框，檢查各邊界條件是否定義準確。圖283.9劃分網(wǎng)格1、從主菜單選擇MeshControls，選中所有的零件，點擊Done