基于DYNAFORM軟件的微波爐腔體成形數值研究

2018-05-23 06:38:16張增英

機械工程師 2018年5期

關鍵詞：優化分析模型

張增英

（合肥通用職業技術學院，合肥230031）

0 引言

微波爐由于具有省時、節能、美觀和便捷等優點,在生活中越來越受到消費者的喜愛。因此，越來越多的微波爐生產商開始在材質上對微波爐提出更高的要求。本文所分析的某生產廠家所生產的微波爐腔體采用熱浸鍍鋅板和430不銹鋼兩種材質進行沖壓成形。

本文采用世界上廣泛使用的板料成形專業軟件DYNAFORM軟件就微波爐腔體的沖壓變形和拉深開裂現象進行CAE分析，利用分析結果預測和消除成形缺陷，對結構設計進行優化，為后續的模具設計提供設計依據。

1 微波爐沖壓成形過程數值模擬分析

1）建立模型。本文中作者利用UG軟件進行幾何建模，根據微波爐的沖壓工藝要求，對其模型展開，展開后的幾何模型如圖1所示。本次模擬網格最大尺寸為30，最小為0.5，圖2為零件的網格劃分圖。

圖1 微波爐腔體展開幾何模型

圖2 零件的網格劃分圖

3）定義工具。對零件創建好后，進行相關模具零件的創建。在本設計中主要有創建壓邊圈零件、定義坯料零件和定義凸凹模零件。在定義相關零件時，可采用零件模型中進行分離或者復制的方法，快速生成相關模型，這樣模型中的網格劃分直接帶到其他模型中，所以不需要再分別對其他零件進行網格的劃分，可以節約很多時間[1]。

4）材料的定義。該腔體采用的材料是430不銹鋼板和DC51D+Z兩種。

5）工具的定義和定位。在DYNAFORM中，工具的定義和定位有快速設置、自動設置和傳統設置三種方式。在本文中，由于微波爐腔體結構并不復雜，采用自動設置，可以節約大量時間，同時能保證計算精度。

6）后處理。將前處理通過求解器運算后的文件用后處理組件進行處理。它能夠讀取和處理d3plot文件中所有能夠使用的數據，不僅包含沒有變形的數據模型，還包含所有由LS-DYNA生成的一系列結果文件。

2 設計方案的模擬分析和研究

通過前面的一系列的設置，建立了該微波爐的有限元模型。通過提交計算器運算得到后處理結果，然后通過后處理軟件進行分析處理。在本設計過程中對相同的設計方案采用430不銹鋼和DC51D+Z兩種材料分別進行模擬分析。

2）網格劃分。利用DYNAFORM的網格劃分功能對模具及毛坯進行網格劃分。在劃分網格的時候要兼顧模擬的精確度和計算的效率。

2.1 選用430不銹鋼材料模擬結果分析

圖3 利用430不銹鋼的成形極限圖

當采用材料430不銹鋼板時，壓邊力設定為300 kN,選擇凹模的運動速度為2000 mm/s，摩擦因數為0.125，進行后處理。在DYNAFORM后處理界面讀入d3plot文件，成形極限圖能夠反映出成形性能的好壞，能夠反映出成形缺陷以及成形是否充分。在DYNAFORM中，成形極限圖通過不同的顏色來表示不同的成形結果。設定材料為430不銹鋼板時，得到的成形極限如圖3所示。從圖3中顯示結果來看，成形結果較好，無明顯起皺和開裂區域，能夠滿足沖壓要求[2]。

2.2 選用DC51D+Z材料模擬結果分析

1）成形極限圖分析與研究。

當采用材料DC51D+Z時，由于DC51D+Z材料的基材為DC01,所以在選擇材料時設定DC01，壓邊力仍然設定為300 kN，凹模的運動速度為2000 mm/s，摩擦因數為0.125，進行后處理，得到的成形極限圖如圖4所示。從圖形當中可以看出在底部拉深部分和左側面環形凹坑中紅色部分代表有明顯拉裂現象。顯然，從分析過程來看，在同等情況下，DC51D+Z和430不銹鋼相比較，430不銹鋼具有更好的拉延性能。在本設計中，該腔體研發階段設定兩種材料加工，以滿足不同消費者的需求。從成形結果來看，當采用材料DC51D+Z時，由于開裂較為嚴重，單純從參數方面進行修改很難達到要求，要對結構做進一步的優化[3]。

圖4 利用DC01的成形極限圖

2）結構改進與其成形結果分析與討論。

圖5 優化改進后的成形極限圖

原來的模型中，底部型腔的拉深深度為40 mm，底部的拉深圓角半徑為3 mm；另外左側的環形槽的拉深深度為16 mm，底部的拉深圓角半徑為4 mm。在此基礎上對微波爐腔體結構進行優化，以改善沖壓結果。該產品在滿足使用要求的前提下對拉深的深度并沒有特別嚴格的要求。考慮到這一點，對結構進行優化改進，將拉深的深度從40 mm降到32 mm,底面和側面的夾角從原來的60°減少到50°，底部的圓角從原來的4 mm增大到6 mm，得到的成形極限圖如圖5所示。從成形極限圖來看，在底部型腔的4個尖角處仍然存在少量開裂現象，為了得到合格沖件顯然需要繼續進行優化。

第二次優化將底部4個尖角過渡改為球角過渡。在不改變壓邊力及其他參數的前提下，得到的成形極限圖如圖6所示。通過此次優化后，成形極限圖顯示，在工作區域不存在開裂和起皺現象，符合沖壓要求。