基于Autoform的沖壓件的數值模擬及模具設計

馬妍驊，蘇紅磊

（寧夏生態建設規劃辦公室，銀川，750002）

基于Autoform的沖壓件的數值模擬及模具設計

馬妍驊，蘇紅磊

（寧夏生態建設規劃辦公室，銀川，750002）

以沖壓件為研究背景，論述了制件沖壓成形有限元模擬的理論和主要步驟。采用Autoform軟件對零件進行了沖壓成形過程的有限元分析，完成了相關數值模擬，預測了板料成形過程中減薄等缺陷，同時根據模擬結果進行模具設計，證明了前期數值分析對模具設計周期及成形質量具有重要意義。

沖壓件；Autoform；模具設計

0 引言

CAE軟件在工程上開始使用至今，已經歷的40多年的發展，其理論和算法都日趨成熟，現已廣泛應用。CAE將CAD模型進行數據處理，求解，生成形象的圖形輸出，用于產品質量分析，為工程應用提供實用的依據，從而大大縮短了研發周期。Autoform軟件具有計算快，容易操作等優點。本文采用Autoform軟件對其進行成形工藝模擬，為沖壓件的成形提供了依據，并依此設計出模具進行實際生產。

1 沖壓工藝準備及分析

1.1 模型工藝分析

圖1 三維零件模型

圖2 分析原型

零件三維模型，如圖1所示。從圖可以看出零件是個不規則曲面，面與面之間過渡光滑，為了保證最終成形質量，基本工藝分為拉延——切邊——整形三步。首先在UG軟件中對模型進行修整，將實體模型調整為曲面片，便于后續的導入和分析運算。

1.2 Autoform預處理

先將UG建模的零件，另存為*.igs格式，通過文件菜單導入如圖2所示。在模型Model中的模型生成器Gemerey Generator界面中的Pre中生成邊界線，增加一個拉延Draw20,由于在沖壓過程中，局部受拉應力過大會造成板料變薄或破裂，因此，接觸面應該盡量位于模具中心，在Tip中點選最小拔模負角設置沖壓方向，檢查模型生成情況。

1.3 Autoform工藝補充

在Bndry中進行邊界填補，從而使零件邊界和壓料面之間的距離均勻，獲得合理的工藝補充。由于零件為自由曲面，在拉延深度上最好保持均勻，點擊Profile進入截線壓料面進行調整，完成即可進行外工藝補充面設計。進入Addndm選擇光順smooth，

自動生成工藝補充面如圖3，從圖中可以看到，局部效果不理想，需要進行調整。

褶皺區域有開裂風險，采取以下措施。首先，在Advanced中將圓角和拔模角進行修改，凸模圓角Punch radius從10改為15，凹模圓角Die radius 從6改為8，拔模角Wall angle從7度改為12度。其次，優化截面線方向，將交叉的截面線進行調整，避免工藝補充面有重疊現象。最后利用Mod2功能優化模面，添加細節特征Add detail，輸入需要優化區域的邊界線，進行工藝補充面的光順優化處理。

圖3 工藝補充面

圖4 局部調整變化圖

1.4 坯料計算及排樣

在模型Model中可以選擇料片生成器Blank Generator進行毛坯尺寸計算，可以在坯料邊界里進行尺寸修改，之后進行排樣Embed/Nest parameters，選擇排樣方法，直排式。材料厚度為1.5，材料類別為Steel，進行排樣計算。

1.5 工具參數設置

選擇模型Model菜單中的過程控制器Process Generator選項，使用增量法Incremental雙動拉延Double action draw，輸入材料厚度1.5mm。點擊OK后進入，操作界面，設置好Blank，Tools等選項，摩擦系數選用0.15默認值，待模具閉合控制參數及拉延控制參數設置完成，最終顯示如圖5所示，為拉延過程。再次設置整形，切邊可以進行最終計算。

圖5 拉延模型

圖6 模擬結果

1.6 模擬結果與分析

完成上述步驟后，可進行計算模擬拉深工序計算。從云圖可以看出，零件絕大部分呈綠色，局部為灰色變形不充分，沒有破裂的情況發生，成形極限曲線也顯示壓邊圈以內為綠色，與云圖相對應。零件表面最小變薄率為0.0867，整體制件工藝方案可行，在此條件下可以進行模具設計和制造。

2 模具結構設計

根據沖壓工藝仿真分析結果，利用UG軟件完成模具的CAD設計，模具結構如圖7所示。考慮到零件為自由曲面，為提高沖壓后的精度，分兩次修邊，在滿足成品性能條件下，采用鋼板模具結構，以節約材料，降低成本。凸、凹模采用Cr12MoV，其余底板均采用45號鋼。為四工位級進模，采用定位塊粗定位，定位銷實現精確進料定位，經落料、整形、修邊實現制件成品。

圖7 模具圖

3 結論

1）分析了沖壓制件的結構特點，制定了工藝方案，利用Autoform軟件對其成型質量進行了仿真分析，通過云圖為沖壓件工藝方案的可行性與合理性提供了依據。使用了截面線、拔模角以及細節特征對工藝補充面進行優化，達到了較理想的結果。

2）利用UG軟件完成了模具結構設計，進行了樣件生產，充分說明使用Autoform軟件對沖壓制件參數和質量進行分析，極大縮短了設計、生產周期，減少試模次數，對提高產品成形質量有重要意義。

[1] 趙迎祥,李飛舟.基于Autoform 的轎車引擎蓋板沖壓成形仿真的研究[J].沈陽:機械設計與制造2010.11:94-95.

[2] 李飛舟．基于 Autoform 的汽車覆蓋件成形有限元分析[J]．熱加工工藝，2010，39(15)：111-113．

[3] 陳文亮．板料成形CAE分析教程[M]．北京：機械工業出版社，2005．

Based on Autoform's numerical simulation on stamping parts and die design

Ma Yanhua，Su Honglei
(Ecological Construction Planning Office in Ningxia,yinchuan，750002)

The study on stamping parts for background, discusses the theory of finite element simulation of workpiece forming and the main steps.Parts using Autoform software for finite element analysis of the stamping process, complete a numerical simulation and prediction in sheet metal forming process defects such as thinning, while according to the simulation results for mold design, proved that numerical analysis on mold design cycle and during forming quality is of great significance.

Stamping parts；Autoform；tooling design for stamping parts

*

寧夏科技支撐計劃項目（編號：2012ZYG019）*

馬妍驊（1981.06），回族，寧夏，講師，工程碩士，主要研究方向沖壓模具CAD/CAE/CAM。