模具应力分析报告（基于DEFORM不同加载速度下的模具应力分析）

作者挑选了一个简单的球型拉伸模，来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值，以此判断相同时间内，该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。

概述

在现代工业生产中，效率始终是各行各业考虑的要点，尤其对模具行业来讲，效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺，如果模具的速度加载更快，那就意味着同样的时间范围内，可以生产出更多产品，经济效益就会更好。

但是模具加载速度越快，对模具的承载要求也就越高。本文对一简单球型拉伸模进行不同速度的加载，来测试模具承受的等效应力。

模具工况

图-1 模具图

· 采用有限元对模具应力仿真，为了考虑到整个模具，此处对凸模和凹模分别进行分析。

· 另外，拉伸件是对称件，仅采用1/4模型进行模拟，对称边采用约束定义。

· 本次模拟采用Lagrangian incremental法，仅考虑Deformation，模拟步数为6，1步保存1次，进行模具静力分析。

· 在DEFROM中，冲压成形工艺。如果考虑模具受力问题，把模具设置为柔性件，不仅需要设置材料，而且需要进行网格划分。

· 但是此处不需要考虑板料变形，因前面已经分析了板料成形问题（即分别在冲压速度为10、50、100mm/s的情况下进行仿真分析），其计算结果的加载力如图-2所示。

图-2 不同速度下凸、凹模加载力

模具材料类型采用弹性模型，温度设置为20°C，材料采用Cr12，即AISI D3钢，密度为7.8e-9mm3/kg，杨氏模量为206754MPa，泊松比为0.3。

材料曲线如图-3所示：材料曲线描述了不同加载速度下，考虑应变率效应，对不同应变率下参数的调整。此曲线仅供参考。

图-3 Cr12材料曲线

利用DEFORM前处理中的Bdry Cnd（边界条件）中的Force，加载出成形仿真中的成形件作用到模具的力。操作完成后如图4-6所示。

图-4 加载速度10mm/s的凸、凹模的挤压力

图-5 加载速度50mm/s的凸、凹模的挤压力

图-6 加载速度100mm/s的凸、凹模的挤压力

模拟结果分析

计算结果如图-7-9所示：随着加载速度加大，凸模表面的等效应力值呈增大趋势，从凸模底部到顶部、从外侧到内部都是如此；凹模上表面的等效应力值呈下降趋势，但是面积呈增大趋势，凹模内侧表面等效应力呈减小趋势。

图-7 凸模表面等效应力值

图-8 凸模模芯等效应力值

图-9 凹模等效应力值

结论

本次计算采用拉伸成形中最容易成形的球型拉伸，其凸、凹模受到的力都不大，因此，测试中模拟结果的值是比较小的，但是从模拟结果中可以看出，凸模应力值是随着加载速度的加大而呈现加大趋势的。

但是本次模拟中，压边圈的值设置较大，导致凹模的值明显比凸模大，其部分结果仅供参考。而且对于表面的等效应力，其受到模具网格和接触影响比较大，因此需要模具表面的磨损模拟分析进行再次对比。