有限元分析方法在冲压模具设计课程教学中的应用由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“冲压模具设计基本方法”。
862010年第22期(总第110期)E-mail:cmee@263.net冲压模具设计课程是我校材料成型及控制工程(模具方向)本科专业的一门主干专业课程。通过该 课程的学习要求学生掌握冲压变形的基本理论；掌 握冲裁模、弯曲模和拉深模的结构特点及其设计方 法；掌握冲压工艺的制定方法；能够正确地设计一 般冲压模具结构和冲压模具几何参数；了解冲压新 工艺、新型模具及冲压技术的发展方向，为毕业后 从事模具设计与制造等相关技术工作奠定必要的基 础。
由于冲压模具设计是一门知识涵盖面宽、实践 性强、综合性强的课程，涉及模具从设计、制造、安装、调试、维护到操作整个工艺流程的各个环 节，无工程背景的大学生大多不了解什么是模具，什么是冲压模具。如果在教学过程中仍然沿袭传统 的以灌输知识为主的教学模式，必然会使学生产生 厌学情绪，学生学得累，有枯燥难懂的感觉，加上 学时有限，教师感觉时间紧，往往不能在重要知识 点上进行深化，严重影响教学效果，使该课程难以 达到其应有的培养目标。因此，在冲压模具设计课 程的教学过程中，教师应当不断地探索一些先进的 教学方法，使一些抽象的理论和工艺方法能够达到 深入浅出的目的，加强学生的感性认识，提高学生 的学习积极性，以获得良好的教学效果。我们结合 教学和科研工作经历，简述有限元分析方法在冲压
模具设计课程教学中的应用。
一、有限元分析软件简介目前国内外广泛用于冲压模具有限元分析的软
件主要有AUTOFORM，LS-DYNA3D，FORMSYS，PAM-STAMP，ROBUST以及ETA/DYNAFORM等。在本文中，将 采用ETA/DYNAFORM作为冲压模具设计课程的辅助教 学软件。ETA/DYNAFORM是由美国工程技术联合公司(Engineering Technology Aociates，简称ETA公 司)和Livemore软件技术公司(简称LSTC公司)联合开 发的基于LS-DYNA求解器和ETA/FEMB前、后置处理器 完美组合并用于板料冲压成形CAE分析的专业软件 包，它综合了LS-DYNA960、970强大的板料冲压成形 分析功能以及自身强大的前、后处理功能，应用于
板料冲压成形工业中模具的设计和开发。有限元分析方法在冲压模具设计课程
教学中的应用张 洋 段 磊 于 强 徐超辉天津职业技术师范大学 天津 300222摘 要：介绍了DYNAFORM有限元分析软件在冲压模具设计教学中的应用，以板料拉深成形工艺为例，将冲压模
具设计的教学与DYNAFORM的数值模拟技术紧密结合在一起，从而使教学中的概念更具体化和形象化，能让学生
更好地理解和掌握相关理论和基本概念，较大地提高了教学质量。关键词：有限元分析；冲压模具设计；DYNAFORM；板料成形 收稿日期：2010-07-03 作者简介：张洋，硕士，助理研究员。段磊，硕 士，讲师。872010年第22期(总第110期)E-mail:cmee@263.net
二、ETA/DYNAFORM分析的一般步骤ETA/DYNAFORM软件系统包括：前置处理模块、提交求解器进行求解计算的分析模块以及后处理模 块。前置处理模块主要完成典型冲压成形CAE分析 FEM模型的生成与输入文件的准备工作，求解器进行 相应的有限元分析计算，求解器计算出的结果由后 置处理模块进行处理，用于模具设计及工艺控制研 究。运用ETA/DYNAFORM软件进行板料冲压成形CAE分 析的一般步骤如图1所示。
图1 板料冲压成形CAE分析的一般步骤
三、有限元分析软件的教学应用实例在冲压模具设计课程教学中，拉深工艺是一种
重要的板料成形工艺(如图2所示)，在凸模1的作用 下，置于凹模4和压边圈2之间的毛坯3的环形部分产 生塑性变形，并不断被凸模拉入凸模与凹模之间的 间隙内而形成零件。毛坯在变形区III的切向(变形 圆周方向)为压缩变形，径向为伸长变形。切向的压 缩变形使得变形区III在拉深过程中易出现褶皱。径 向的伸长变形使得变形区II在拉深过程中易出现破 裂。以上内容在授课过程中对于缺乏感性认识的学 生来说，抽象的文字描述和简单的图片很难使学生 印象深刻。为此，本文以厚度为1.0mm，材料为ST16 的带凸缘圆筒形制件为例，运用ETA/DYNAFORM软件 模拟拉深成形过程。通过模拟结果及动画演示帮助 学生亲身感受和直观理解概念，理论联系实际，提 高了授课效果。
图2 拉深工艺带凸缘圆筒形制件简图如图3所示，根据拉深工 艺计算制件的毛坯尺寸D≈201mm，并判断需要加压 边圈且拉深次数为一次。
图3 带凸缘圆筒形制件图利用三维CAD软件建立凸模和毛坯的实体模型，并导入ETA/DYNAFORM软件中，划分网格，定义毛 坯、工具，设置工艺参数，定义工具运动曲线与力 曲线，建立的有限元模型如图4所示，设置分析参数 并提交求解计算。882010年第22期(总第110期)E-mail:cmee@263.net得到制件的FLD图如图5所示，制件的壁厚分布 如图6所示，制件的应力分布如图7所示。从模拟结 果可以直观地看出，拉深的变形区较大，金属流动 性大，拉深过程中位于凸缘部分的材料受到拉应力 和压应力作用而有起皱趋势；凸模底部的材料变形 很小，拉深不充分；处于凸模圆角区的材料因受到 径向拉深而减薄较大，但未发生破裂。说明制定的 制件冲压工艺是合理的。模拟结果和冲压模具设计 教学中拉深工艺的相关内容十分吻合，由此可以使 学生生动地理解板料拉深变形时各个区域的应力应 变情况，壁厚和硬度的变化情况，破裂和起皱的形 成原因等，避免了传统教学中的不足，不仅使学生 容易接受，而且印象非常深刻。
图7 制件的应力分布
四、结束语将有限元分析方法与冲压模具设计课程教学有 机结合，利用ETA/DYNAFORM的模拟分析和直观的动 图显示功能，把拉深工艺中抽象的理论和概念用十 分直观的形式表达出来，使学生更易于理解和掌 握，培养了学生的学习兴趣，有效地解决了教学中 的一些疑难问题。并在一定程度上使学生理论联系 实际，不仅学到了先进的模具设计技术，还提高了 计算机运用能力，增强了分析问题、解决问题的能 力，为以后的工作打下了坚实的基础。
参考文献[1]安家菊，罗朝玉.冲压工艺及模具设计创新教学 模式探索[J].科技资讯，2009，34：196 [2]龚红英.板料冲压成形CAE实用教程[M].北京： 化学工业出版社，2010 [3]成虹.冲压工艺与模具设计[M].北京：高等教育 出版社，2002
