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，其中最重要的環節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，過去很多生產廠習慣于一次成型完畢，好處是成型時間短、生產進度快，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，質量不易控制。隨著加工技術的不斷發展，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雜的成型問題進行重點描述，經過本章例題的操作，用戶將對ABAQUS在鈑金成型方面的應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的結構。圖1圖2圖3圖4三、建立模型3.1創建第一套成型模具1、首先運行ABAQUS/CAE，在出現的對話框內選擇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來創建一個新的零件。在提示區域會出現這樣一個信息。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創建第

6、二套成型模具1、選擇PartCreate創建新零件。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，創建拉伸殼，如圖9所示。4、在相應的轉折邊界

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創建材料、進入Property模塊，在主菜單中選擇MaterialCreate來創建一個新的材料。、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欄中對應位置輸入下表中的數據。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將會把你選擇的區域高亮化，在對話欄點擊Done，在出現的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，提示欄區域會提示選擇平移的起始點，在其右側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，創建第一個分析步；同理，依次創建分析步：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，點擊提示欄區的Done按鈕。重復創建節點集的過程，將所創建的零件分別創建為smoothbot、smoothtop、tectbot、tecttop節點集，將deform零件的兩條長邊創建為xblank節點集。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

16、的節點集，節點集名字對應為：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生接觸的表面，命名為：smoothbot；同理，零件smoothtop的下表面對應為smoothtop、零件tectbot的上表面對應為tectbot、零件tecttop的下表面對應為tecttop、零件deform的上下表面分別對應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節點集。圖17圖186、從主菜單中，選擇OutputField Output RequestsCreate，在出現的對話框中輸入名字：thickness，點擊Continue，在Edit Field Output Request中設置如圖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系是在forming1分析步開始建立的，跟第二套模具的接觸關系是在forming2分析步開始建立，而其他的分析步均沒有接觸發生，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，繼續定義剛體smoothtop、tectbot和tecttop，對應節點集分別為smoothtop、tectbot和tecttop，對應參考點分別為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。圖21-1圖21-22008-5-305、為剛體定義質量點。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，在提示欄區點擊Done按鈕，在隨后彈出的對話框中，在質量欄輸入1.0E-11，在轉動慣量欄分別輸入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對話框中的數值，點擊OK按鈕完成操作；同理，創建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，在隨后出現的視圖中選擇坯料平板，或者點擊提示區最右邊的按鈕，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的deactivate按鈕來實現；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，在隨后出現的視圖中選擇坯料平板，或者點擊提示區最右邊的按鈕，在彈出的對

27、話框中選擇節點集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節點集在坯料blank中的對稱性質，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，用戶可以根據自己方便設計它們的位置，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，不需要對它們設定邊界條件，因此點擊deactivate按鈕解除相應的分析步的約束。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定它們在對應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定它們在對應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劃分網格1、從主菜單選擇MeshControls，選中所有的零件，點擊Done