ANSYS Workbench冲压成形仿真
板料冲压是利用冲模在压力机上对材料施加压力，使材料产生分离和变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的加工方法。板料冲压通常在室温下进行，故又称冷冲压。当板厚超过8-10mm时，一般需采用热冲压。
由于冲压过程中凸模的运动速度较慢，成型过程属于准静态变形过程，所以本文使用ANSYS Workbench软件的静力学模块来模拟V形件的成型。
图为敞开式弯曲模使用ANSYS做板料冲压成型仿真时，需要注意以下几点：
1. 材料非线性：由于成型的过程伴随着材料的屈服及塑形变形，所以需要在ANSYS中定义塑形材料；
2. 几何非线性：成型过程中，结构发生了较大的变形，需要在仿真过程中打开大变形；
3. 状态非线性：成型过程中，零件会与模具发生接触，因此需为零件和模具定义接触；
综上述三点，该分析是集材料、几何、状态三种非线性为一身的非线性分析，收敛过程可能会有较大的难度，我们可以通过调整分析设置，保证计算收敛。
01
模具、冲压件的建模
总体分析思路是使用平面模型进行分析；
由于我们不关注模具的受力情况，所以我们在建模时，只建立模具的简化模型，并将其设置为刚性体。冲压件为1mm厚钢板，为了节约计算成本，在保证计算精度的前提下，我们选择1/2的平面应变模型来模拟。具体模型如下图所示。建模时应注意将模型建在XY平面内。
02
定义冲压件材料模型
理想弹塑性模型：假定不考虑材料的强化性质，并且忽略屈服上极限的影响，即认为材料经过线弹性阶段后便进入流动状态，塑性变形在屈服应力的作用下可无约束的发展。如下图。
在Workbench的工程数据模块中定义理想弹塑性模型。新建一个名为“chongyajian”的材料模型，设置弹性模量为2E5MPa；泊松比为0.3；塑性阶段的定义笔者选择了双线性等向强化模型，屈服强度为345MPa；切线模量为0。具体设置如下图：
03
修改模型参数
点击Geometry，选择凸模和凹模，分别在Details中将Stiffness Behavior改为Rigid，2D Behavior设置为Plane Stress，厚度设置为1mm，材料默认为Structural Steel；
选择冲压件，将2D Behavior设置为Plane Strain，将其材料改为Step2中建立的“chongyajian”，由于软件默认Stiffness Behavior为Flexible，所以冲压件的刚度行为不用做更改。
04
轴对称设置
为了节约计算成本，计算过程中我们使用了1/2的平面模型，所以要在对称轴处设置轴对称。建立一个轴对称区域，选择冲压件的对称轴，并将对称法向设置为x轴。此处读者考虑为什么不直接将冲压件的2D Behavior设置为Axisymmetric，而是在此处设置轴对称呢？
05
接触设置
分别在凸模、凹模与冲压件有接触的位置建立接触：接触面设置为冲压件的上下面，目标面设置为凸（凹）模的面；接触类型为摩擦接触，摩擦系数0.1；设置接触算法为纯罚函数法；为了降低计算量，将接触法向刚度因子设置为0.1；将球区域半径设置为1mm；其余设置保持默认。
06
网格划分
自由网格划分，网格尺寸为0.3mm；网格物理选项设置为非线性结构，单元阶数设置为线性（低阶）。
网格划分自由网格划分，网格尺寸为0.3mm；网格物理选项设置为非线性结构，单元阶数设置为线性（低阶）。
07
边界条件设置
冲压成型过程中，凹模静止不动，凸模一般会有2个动作：向下运动完成冲压成型和向上运动离开冲压件，因此在仿真过程中我们使用2个载荷步实现。
载荷步1：凸模向下运动16mm完成冲压成型；
载荷步2：凸模向上运动16mm离开冲压件；
由于凸模和凹模我们用的刚性模型，所以在施加位置的时候需要使用远端位移实现，具体设置如下：
08
网格非线性自适应
冲压仿真过程中，网格会发生较大变形，为了改变并细化网格从而使得求解收敛并获得更精确的结果，我们需要设置网格非线性自适应选项，具体设置参数如下：
冲压仿真过程中，网格会发生较大变形，为了改变并细化网格从而使得求解收敛并获得更精确的结果，我们需要设置网格非线性自适应选项，具体设置参数如下：
09
分析设置
1. 自动时间步设置。打开自动时间步，并采用子步形式；2. 子步设置。初始子步设置为200，最小子步设置为180，最大子步设置为1000；3. 打开大变形。4. 关闭弱弹簧。该设置是为了使用网格非线性自适应功能。
分析设置1. 自动时间步设置。打开自动时间步，并采用子步形式；2. 子步设置。初始子步设置为200，最小子步设置为180，最大子步设置为1000；3. 打开大变形。4. 关闭弱弹簧。该设置是为了使用网格非线性自适应功能。
10
结果
11
总结
→Ansys Redhawk-SC 中文介绍文档下载冲压成型的有限元分析作为冲压模具高效专业的辅助设计手段，能够为模具的设计和生成提供很大的帮助，如钣金毛坯尺寸、材料流动、机构运动、模具结构等引起的成型性能变化等。本文介绍了冲压分析过程中的技术要点，可供读者参考使用。
注：本文做的只是一个示意性算例，结果不具备实际工程意义。
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