一種用於成形模具與成形裝備的耦合剛度測試分析的工作方法

2023-06-03 02:46:41 1

專利名稱：：一種用於成形模具與成形裝備的耦合剛度測試分析的工作方法
技術領域：
：本發明涉及一種對模具和設備的測試分析工作方法，特別是一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法。(二)
背景技術：
：金屬的塑性成形通過成形模具和成形設備實現，成形模具提供成形產品的形狀，成形設備提供成形所需要的壓力。為了保證成形產品的形狀、尺寸精度要求成形模具和成形設備具有足夠的剛度。傳統的設計方法是對成形模具和成形設備分別進行設計，分別要求成形模具和成形設備單獨使用時都能滿足成形產品的精度要求，這樣使得成形模具和成形設備的外形尺寸產生變化，造成了浪費。因此，研發一種用於模具與設備的剛度測試方法以保證成形產品的精度要求是模具研製工作者的一項重要課題。(三)
發明內容本發明的目的在於提供一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法，它能夠克服上述缺點，是一種既可以滿足成形產品形狀、尺寸的精度要求，又可以分別適當降低在傳統設計中對成形模具與成形設備過高的剛度要求的工作方法。本發明的技術方案一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)建立模型採用CAD軟體Pro/E對成形模具與成形設備進行三維實體建模，建立有限元分析模型；(2)對模具與設備模型進行整體模擬分析根據成形製品的成形條件，將成形模具與成形設備剛性聯結在一起，進行整體的有限元模擬分析；(3)對設備模型進行單獨模擬分析根據成形製品的成形條件，單獨對成形設備進行有限元分析；(4)對(2)與(3)兩次的有限元模擬分析結果進行解算比較(2)與(3)兩次的有限元模擬分析結果，應用常規數學解析方法得到差值即為在製件——成形模具——成形設備系統中模具剛度所佔的份額與系統耦合分析的邊界條件。上述所說的步驟(4)中的解算方法可以採用如下方法(1)成形模具與成形設備耦合應力及變形分析①工作載荷分析測量成形設備生產實際中所受的最大壓力X;②建立有限元模型'根據成型設備特點，採用CAD軟體Pro/E對其進行三維實體建模，採用認SYS有限元分析軟體中的三維8節點四面體實體單元Solid45對模型進行網格劃分；''③確定邊界條件確定位移邊界條件和力邊界條件；④應力應變的分析結果1)應力分析分析成形設備的VonMises應力分布，計算成形模具及成形設備整體最大的Mises應力值及出現位置，分析成型設備在施加載荷方向(在ANSYS中為y方向),上的應力分布，計算最大的y方向應力值及出現位置；2)變形分析分析成形模具與成形設備整體等效位移分布情況，計算最大的等效位移值及出現位置；分析y方向上位移分布情況，計算最大的y方向上位移值及出現位置；'(2)成形設備自身應力及變形分析去掉模具部分，按照前述步驟重新進行模擬分析，得到①應力分析分析成形設備VonMises的應力分布，計算成形'設備最大的Mises應力值及出現位置；分析成型設備施加載荷方向(在ANSp中為y方向)上的應力分布，計算最大的y方向應力值及出現位置；.②變形分析分析成形設備等效位移分布情況，計算最大的等效位移值及出現位置；分析成形設備y方向上位移分布情況，計算最大的y方向上位移值及出現位置；.(3)模具與設備耦合模擬分析結論比較兩種情況下的模擬計算結果，包括成形模具與成形設備耦合時、成形設備去掉成形模具時的差值，即在成形模具與成形設備的耦合分析時，成形模具所佔的值，和在成形模具與成形設備的耦合一體化分析時成形模具所佔的百分比份額。本發明的工作原理本案基於彈塑性變形理論、機械多體系統理.論、塑性成形加工技術及有限元技術等多學科領域及相關科學，建立工件塑性成形過程的有限元模型，通過模型解算，獲得工件塑性成形過程的載荷分布，作為製件——成形模具——成形設備系統耦合分析的邊界條件，採用彈性有限元技術，分析it形模具與成形設備的靜剛度，建立靜剛度模型，再對成形模具與成形設備進行剛性聯結分析及單獨對成形設備進行分析，比較兩種情況的結果，通過解算後得到模具剛度所佔的份額與系統耦合分析的邊界條件，從而達到優化成形設備的性能和技術參數、優化成形模具結構設計、保證成形產品質量和降低生產成本的目的。■本發明的優越性與技術效果在於(1)使成形模具具有良好的剛'度；(2)可以降低成形模具製造成本；(3)該方法可以達到優化成形設備的性能和技術參數、優化成形模具結構設計、保證成形產品質量的目的；(4)通過該方法實踐驗證，在金屬塑性成形中，成形模具剛度佔成形模具與成形設備耦合總剛度的份額比例在20%30%，證明該方法應用的合理性和可靠性。圖1本發明所涉一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法中的成形設備模型；圖2為圖1中所涉成形設備機身力學模型；圖3為圖1中所涉成形設備與成形模具的VonMises應力分布'結果示意圖4為圖3中所涉成形設備與成形模具的y方向應力分布結果示意圖；.圖5為圖1中所涉成形設備與成形模具的等效位移分布結果示意圖6為圖5中所涉成形設備與成形模具的y方向上位移分布結舉示意圖；'6圖7為圖1中所涉成形設備的VonMises應力分布結果示意圖；圖8為圖7中所涉成形設備的y方向應力分布結果示意圖；'圖9為圖1中所涉成形設備的等效位移分布結果示意圖10為圖9中所涉成形設備的y方向上位移分布結果示意圖。具體實施例方式.實施例一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)建立模型採用CAD軟體Pro/E對THP34Y-1000型船體板材成形液壓機進行三維實體建模，建立有限元分析模型；(2)對THP34Y-1000型船體板材成形液壓機的模型進行整體模擬分析根據THP34Y-1000型船體板材的成形條件，將THP34Y-1000型船體板材成形液壓機剛性聯結在一起，進行整體的有限元模擬分析、(3)對液壓機進行單獨模擬分析根據THP34Y-1000型船體板材的成形條件，單獨對液壓機進行有限元分析；'(4)對(2)與(3)兩次的有限元模擬分析結果進行解算比較(2)與(3)兩次的有限元模擬分析結果，應用常規數學解析方法得到差值即為在THP34Y-1000型船體板襯成形液壓機系統中模具剛度所佔的份額與系統耦合分析的邊界條件。上述所說的步驟(4)中的解算方法可以採用如下方法(1)成形模具與成形設備耦合應力及變形分析.①載荷分析'THP34Y-1000型液壓機是用於造船廠船體厚鋼板的彎曲成形。生產實際中的最大壓力為10000KN。②有限元模型根據液壓機結構特點，採用CAD軟體Pro/E對其進行三維實體建模，如圖1所示。液壓機主要部件是機身，彎曲模具安裝在液壓機機身上梁的移動裝置上。具體情況是工作油缸固定在上梁的移動裝置上，工作油缸內裝有活塞，活塞的下端通過聯接裝置與壓頭相連接，壓頭下表面安裝著彎曲模的凸模，下橫梁的移動裝置上安裝迴轉工作檯，其上安裝著凹模。(D邊界條件採用ANSYS有限元分析軟體中的三維8節點四面體實體單元Solid45對模型進行網格劃分，如圖2所示。確定位移邊界條件和力邊界條件。④應力應變分析結果.1)應力分析液壓機VonMises應力分布如圖3所示。最大的組ses應力出現在旋轉臺下部，最大應力值為44.108MPa。施加翁荷方向(在ANSYS中為y方向)上的應力分布如圖4所示。最大的y方向應力出現在旋轉臺下部，應力值為一50.569MPa,符號表示為壓應力。'2)變形分析圖5為液壓機等效位移分布情況，最大的等效位移為0.199076mm，位於凹模兩個半圓柱區域。圖6為液壓機y方向上位移分布情況。最大的y方向上位移為0.196663mm，位於凹模區域和一小部分的迴轉臺上。(2)THP34Y-1000型液壓機機身應力及變形分析去掉模具部分，按照前述步驟重新進行模擬分析。得到'①應力分析液壓機VonMises應力分布如圖7所示，最大的Mises應力為34.299MPa，位於旋轉臺與下橫梁接觸部分。施加載荷方向(在ANSYS中為y方向)上的應力分布如圖8所示，最大的y方向應力為一39.763MPa，符號表示為壓應力，位於旋轉臺與下橫梁接觸部分。②變形分析圖9為液壓機等效位移分布情況，最大的等效位移為0.151912mm，位於旋轉臺大部'分區域。圖10為液壓機y方向上位移分布情況，最大的y方向上位移為0.150548mm，位於旋轉臺大部分區域。'(3)模具與設備耦合模擬分析結論.比較兩種情況下的模擬計算結果，包括成形模具與成形設備耦合時、成形設備去掉成形模具時(液壓機機身)、差值(在成形模具與成形設備的耦合分析時，成形模具所佔的值)和在成形模具與成形設備的耦合一體化分析時成形模具所佔的份額(百分比)。如表6tableseeoriginaldocumentpage9從計算結果可以看出:①在成形模具與成形設備耦合模擬分析中，成形模具所佔的份額比例在20%以上。因此，在製件成形過程中，不能忽略成形模具的影響。特別是提高成形製件的精度，僅靠成形設備的剛度是不夠的，還應使成形模具具有良好的剛度，以保證成形產品的質量要求。②從數值上分析，成形模具所佔的位移量比成形設備整體位移量低一個數量級，因此，對於製件成形尺寸精度，成形設備剛度是佔主導地位的。..③在成形模具設計時，單純提高成形模具剛度是不能完全解決成形製件的精度問題。因此，在成形模具設計時剛度選擇應適當，這樣可以降低成形模具製造成本。'總之，通過基於成形產品的成形模具與成形設備耦合剛度分析方法，可以達到優化成形設備的性能和技術參數、優化成形模具結構設計、保證成形產品質量和降低生產成本的目的。權利要求1.一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)建立模型採用CAD軟體Pro/E對成形模具與成形設備進行三維實體建模，建立有限元分析模型；(2)對模具與設備模型進行整體模擬分析根據成形製品的成形條件，將成形模具與成形設備剛性聯結在一起，進行整體的有限元模擬分析；(3)對設備模型進行單獨模擬分析根據成形製品的成形條件，單獨對成形設備進行有限元分析；(4)對(2)與(3)兩次的有限元模擬分析結果進行解算比較(2)與(3)兩次的有限元模擬分析結果，應用常規數學解析方法得到差值即為在製件——成形模具——成形設備系統中模具剛度所佔的份額與系統耦合分析的邊界條件。2.根據權利要求1所說的一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法，其特徵在於所說的步驟(4)中的解算方法可以採用如下方法(1)成形模具與成形設4耦合應力及變形分析①工作載荷分析'測量成形設備生產實際中所受的最大壓力X;，②建立有限元模型根據成型設備特點，採用CAD軟體'Pro/E對其進行三維實體建模，採用ANSYS有限元分析軟體中的三維8節點四面體實體單元Solid45對模型進行網格劃分；(D確定邊界條件.確定位移邊界條件和力邊界條件；④應力應變的分析結果.1)應力分析分析成形設備的VonMises應力分布，計算成形模具及成形設備整體最大的Mises應力值及出現位置，分析成型設備在施加載荷方向(在ANSYS中為y方向)上的應力分布，計算最大的y方向應力值及出現位置；2)變形分析分析成形模具與成形設備整體等效位移分布'rt況，計算最大的等效位移值及出現位置；分析y方向上位移分布情況，計算最大的y方向上位移值及出現位置；(2)成形設備自身應力及變形分析'去掉模具部分，按照前述步驟重新進行模擬分析，得到-①應力分析分析成形設備VonMises的應力分布，計算成形設備最大的Mises應力值及出現位置；分析成型設備施加載荷方向(在ANSYS中為y方向)上的應力分布，計算最大的y方向應力值及出現位置；'②變形分析分析成形設備等效位移分布情況，計算最大的等'效位移值及出現位置；分析成形設備y方向上位移分布情況，計算最大的y方向上位移值及出現位置；(3)模具與設備耦合模擬分析結論:，比較兩種情況下的模擬計算結果，包括成形模具與成形設備耦合時、成形設備去掉成形模具時的差值，即在成形模具與成形設備的耦合分析時，成形模具所佔的值，和在成形模具與成形設備的耦合一體化分析時成形模具所佔的百分比份額。全文摘要一種用於成形模具與成形設備的耦合剛度測試分析的工作方法，包括以下步驟(1)建立模型；(2)對模具與設備模型進行模擬分析；(3)對設備模型進行單獨模擬分析；(4)對(2)與(3)的模擬分析結果進行解算與分析，得到在系統中的製件——成形模具——成形設備系統中模具剛度所佔的份額的差值與系統耦合分析的邊界條件。本發明的優越性(1)使成形模具具有良好的剛度；(2)可以降低成形模具製造成本；(3)達到優化成形設備的性能和技術參數、優化成形模具結構設計、保證成形產品質量的目的；(4)該方法在金屬塑性成形中，成形模具剛度佔成形模具與成形設備耦合總剛度的份額比例在20％～30％，證明應用的合理性和可靠性。文檔編號G06F17/50GK101539952SQ20081005431公開日2009年9月23日申請日期2008年8月27日優先權日2008年8月27日發明者畢大森申請人:天津理工大學