基于DYNAFORM板料成形模擬

石 贊

(湖北工程職業學院，湖北 黃石435003)

板料成形是一種復雜的力學過程，其中包含幾何非線性、材料非線性、接觸非線性等，影響的參數非常多，這對數值模擬技術造成了極大的挑戰。隨著計算機技術的發展，陸續出現了如DYNAFORM、AUTOFORM、SHEET-3D、ABAQUS等板料成型模擬軟件，其中DYNAFORM是其中較為成功的一款軟件，是基于LS-DYNA的板料成形模擬專用軟件，主要功能包括壓邊、拉延、彎曲、回彈、多工步成形在內的鈑金成形過程、液壓成形、輥軋成形、模具成形等。

影響沖壓件質量的因素很多，包括壓邊力的大小、拉延筋的設置、沖壓速度、凸凹模間隙等。模具CAD/CAM技術提高了模具制造精度，縮短了設計制造周期，但是對工藝方面的作用不大。從模具開發的整個過程來看，設計初期的模具工藝結構、沖壓工藝參數的合理選擇將能有效地減少調試修模工作量，縮短開發周期、降低模具成本。

1 試驗過程

（1）模面設計。主要包括網格劃分，內壓料面和內過渡面以及外壓料面和外過渡面的創建，還有拉延筋的設置和確定成形工藝參數。

（2）對沖壓工具和成型毛坯進行定義。分別定義凹模、凸模和壓邊圈。基于dynaform板料成形模擬，板料采用DQSK37#（08AL冷軋深沖鍍鋅碳素鋼鋼板），板料厚度為1mm，板料單元采用Belytschko-Tsay薄殼單元，該材料性能參數如下：密度ρ=7.85g/cm3,楊氏模量E=2.07105MPa，泊松比μ=0.28，屈服應力σs=154.3MPa,硬化模量Et=520.4MPa,各向異性系數r=1.653,沖壓零件模型如圖1所示：

圖1 沖壓零件模型

圖2 凸模運動加載曲線

（3）成形參數設置。①凸模運動曲線設置。設置工具運動和加載曲線如圖2所示；②壓邊圈加載曲線設置。設置壓邊圈加載曲線如圖3所示；③拉延筋加載曲線設置。設置拉延筋加載曲線如圖4所示。

圖3 壓邊圈加載曲線

圖4 拉延筋加載曲線

2 成形分析

（1）壓邊力對成形性能的影響。外過渡面圓角半徑（即凹模圓角半徑）為12mm，沖壓速度3000mm/s及壓邊力300kN和400kN時成形性能比較如圖5所示。

圖5 壓邊力對成形性能影響

壓邊力從300kN增大到400kN時，成形面部位的綠色區域稍有增加，即成形效果有稍微的改善，但是效果不太明顯。

（2）沖壓速度對成形性能的影響。外過渡面圓角半徑為12mm，壓邊力300kN及沖壓速度2000mm/s和3000mm/s時成形性能比較如圖6所示。

圖6 沖壓速度對成形性能的影響

當沖壓速度從2000mm/s增大到3000mm/s時，成形面未充分變形區域顯著減少，板料成形效果比較好，沒有變皺，在成形面與內過渡面接觸部位有一定的拉裂和破裂傾向，但對拉延成形沒有什么影響，因此成形效果改善很明顯。

（3）凹模圓角半徑對成形性能的影響。外過渡面圓角半徑為12mm和18mm時，沖壓速度3000mm/s和壓邊力300kN時成形性能比較如圖7所示。

圖7 凹模圓角半徑對成形性能的影響

當凹模圓角半徑從12mm增大到18mm時，成形面部位未充分變形區域顯著減少，板料成形效果比較好，沒有變皺，雖然在成形面與內外過渡面接觸部位有較多的拉裂，但是后來需要切除，因此對板料成形面沒有什么影響，所以，當凹模圓角半徑增大時，板料沖壓成形效果有很大的改善，板料的沖壓質量很好。

（4）拉延類型對成形性能的影響。外過渡面圓角半徑為18mm，沖壓速度2000mm/s和壓邊力300KN，單動和雙動拉延時成形性能比較如圖8所示。

圖8 拉延類型對成形性能的影響

單動拉延時，成形面部位都充分拉延成形，效果較好，雖在過渡面接觸部位有較多的拉裂，但后續工序需要切除，因此對板料成形影響不大；雙動拉延時，成形面主要部位拉延都未充分變形，只在過渡面接觸部位有極少量的變形，而且有褶皺的傾向，成形效果很不好。對比發現，凹模圓角半徑為18mm，壓邊力為300kN，沖壓速度為2000mm/s時，單動比雙動拉延成形效果要好得多。

3 結語

（1）綜合分析，從圖7和8發現，采用單動拉延時，凹模圓角半徑為18mm，壓邊力為300kN時，沖壓速度為2000mm/s和3000mm/s的板料成形效果較好，基本沒有太大區別；當凹模圓角半徑一定，沖壓速度和壓邊力對板料拉延成形效果影響不大，可以推斷凹模圓角對板料成形性能的影響是主要的。

（2）沖壓速度對板料拉延影響較大，適當增大沖壓速度使板料較好地發生塑性變形，改善拉延成形效果，但是，當沖壓速度很大，板料存在變形滯后現象，就會發生破裂，因此，要選擇合理的沖壓速度。

（3）采用單動拉延比雙動的成形效果要好得多，拉裂部位一般發生在過渡面處，可以通過減小壓邊力，并改善潤滑條件進行調整，一般不會影響產品質量。

（4）該試驗條件下板料最佳成形工藝為：采用單動拉延，凹模圓角半徑為18mm，壓邊力為100kN和沖壓速度2000mm/s。

[1]李福祿，田福祥.汽車門內板拉伸成形的數值模擬研究[J].模具制造，2007，（2）：28-30

[2]韋東來.汽車覆蓋件成形性分析和數值模擬[D].吉林：吉林大學材料加工工程，2004.