冲压工艺是一个典型的塑性变形过程，本文将建立一个简单的冲压模具，并采用Ansys Mechanical模拟冲压过程。

一、CAD建模

使用CAD软件建立如下简单的冲压模具，包括冲头，板材和凹模。

冲头（凸模）的尺寸如下，厚度为50mm。

凹模的尺寸如下图，厚度为50mm。

板材尺寸为180 x 30 x 2.5mm

建模完成后，将总装图导出为stp格式。

二、模拟设置

1.材料设置

在Ansys Mechanical中打开stp文件，将上下模材料设为结构钢，刚度行为设为“刚性”(Rigid)，将板材的材料设为铝合金NL。

之所以选择铝合金NL材料是因为其内置了双线性硬化模型，点击材料可以查看。

点击右边曲线可以查看详细情况，前面的文章也有介绍过，双线性硬化模型是一个非常简单的模型，将材料的应力—应变曲线简化为两条直线，一条是弹性变形，一条是塑性变形，从下图可以看到该铝合金的屈服应力为280MPa，刚性模量为500MPa。

2.连接设置

在Connections菜单中选择Body-Ground->Fixed连接，并选择凹模的底面，表示其跟地面固定。

再次选择Body-Ground->Transitional，选择凸模上表面，并将x轴方向设置朝下方面后面设定位移。

点击configure，然后点击坐标轴可以上下拖动零件预估位移距离，set可以将当前高度设为初始值，Revert恢复默认值。拖动凸模，目视冲头需要下行的距离为35mm左右，当然也可以在模具设计的时候事先计算好冲压行程。

3.接触设置

a. 冲头和板材接触

选择板材表面为接触面，冲头表面为目标面，接触类型为“粗糙”Rough。

b.板材和凹模接触

选择板材和凹模body，接触类型设为“Bonded”

4.网格设置

网格大小都设为3mm。

5.边界条件设置

因为位移为35mm，将时间步设为70(35×2)，模拟冲头落下和升起。

将Tranlational连接拖至Static Structual，系统自动生成连接载荷Joint Load。

将Joint load的类型设置为位移Displacemnent，载荷大小由表格数值决定。

在表格数据中将第一步位移设为1mm，第35、36步设为35mm，表示冲头停顿一秒，最后一步位移也设为1mm。

在Graph中可以查看整个过程的冲头位移曲线：

三、求解及查看结果

零件变形结果

35s时应力结果

35s时总应变结果：

35s时塑性应变结果：

整体形变：

选取下图节点分析其应力应变情况

应力—应变曲线，可以看出很好符合了材料的双线性硬化曲线：

应力—时间曲线：可以看出36秒载荷去除后，材料的应力回复到了弹性变形区间。

最后附上变形动画：