基于DynaForm沖壓件成形性分析

喻 忠

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基于DynaForm沖壓件成形性分析

喻 忠

（江鈴控股有限公司，江西 南昌 330000）

運(yùn)用沖壓件成形分析軟件DynaForm,對(duì)在CATIA環(huán)境下建立的某汽車副車架沖壓件三維數(shù)模進(jìn)行CAE仿真分析。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的查看，對(duì)可能出現(xiàn)的成形缺陷進(jìn)行預(yù)判，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，以便在設(shè)計(jì)之初能夠解決后期工藝上的一些問(wèn)題。為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)節(jié)省時(shí)間，節(jié)約企業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的成本。

DynaForm；胚料工程（BSE）；副車架沖壓件；沖壓件CAE工藝性分析

前言

汽車在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位非常重要，它是評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的標(biāo)志之一。沖壓件是汽車的重要組成部分，它占整個(gè)汽車零部件的65%以上，因此，當(dāng)前對(duì)沖壓件的研發(fā)已成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。

隨著最近十多年有限元技術(shù)的不斷完善，與相適應(yīng)的是一些專用沖壓仿真軟件，如AUTOFORM、FORMSYS以及DYNAFORM等的出現(xiàn)，板料沖壓成形CAE分析已逐漸地貫穿到汽車沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖模設(shè)計(jì)、調(diào)試直至投產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中，利用CAE分析軟件進(jìn)行成形工藝分析，在設(shè)計(jì)之初了解沖壓件的成形工藝性，為后面生產(chǎn)制造縮短開(kāi)發(fā)周期及減少成本。本文采用DynaForm軟件為平臺(tái)，介紹如何應(yīng)用軟件的胚料工程（BSE）模塊在短時(shí)間內(nèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可行性分析，并在求解后給出產(chǎn)品的成形性報(bào)告，縮短了計(jì)算時(shí)間。此外，BSE還可以用來(lái)快速及精確預(yù)測(cè)毛坯的尺寸和幫助改善毛坯外形。

1 汽車副車架沖壓件的數(shù)值模擬過(guò)程

1.1 DynaForm 軟件介紹

DynaForm是由美國(guó)ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的用于板料成形CAE分析專用軟件，能夠很好地輔助專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析。DynaForm的網(wǎng)格自動(dòng)劃分與自動(dòng)修補(bǔ)功能強(qiáng)大，用最少的單元最大程度地逼近模具型面。初始板料網(wǎng)格自動(dòng)生成器，可以根據(jù)模具最小圓角尺寸自動(dòng)確定最佳的板料網(wǎng)格尺寸，并盡量采用四邊形單元，以確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。尤其適合復(fù)雜的深拉延和拉伸成形。

而且DynaForm的結(jié)果觀察十分直觀，可查看板料減薄率及成形極限圖（FLD）等情況。

1.2 汽車副車架沖壓件三維模型及其特點(diǎn)

以汽車副車架沖壓件為研究對(duì)象，利用CATIA對(duì)其進(jìn)行三維建模，圖1為其三維數(shù)據(jù)模型，材料為汽車副車架常用材料SAPH440，料厚為2.2mm，尺寸約為920mm×560mm×80mm，外形不規(guī)則，以拉伸為主要成形方式，整個(gè)零件要求精度比較高。

圖1

1.3 汽車副車架沖壓件的數(shù)值模擬過(guò)程

該副車架沖壓件經(jīng)過(guò)拉延、切邊沖孔、翻邊整形、沖側(cè)孔等成型工序，其中以拉延為主，其成形品質(zhì)影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

1.3.1 模型導(dǎo)入與中間面定義

本例通過(guò)與CAE軟件通用的IGES數(shù)據(jù)接口將其導(dǎo)入DynaForm中，將毛坯零件層設(shè)為當(dāng)前零件層，選擇UserSetup→Preparation→Surf→Genarate Middle Surface再選擇導(dǎo)入的零件層，自動(dòng)生成零件中間層。

圖2

1.3.2 網(wǎng)格劃分與分析過(guò)程

由于本文是初步分析產(chǎn)品的工藝可行性及材料的利用率等情況，顧采用DynaForm中的BSE模塊中一步法求解（MSTEP)來(lái)完成分析。選擇BSE→Preparation→New BSE Project定義單位及零件材料，確定后進(jìn)入BSE→Mesh→Add…to part中，完成對(duì)sheet件的定義，再對(duì)零件層sheet進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置網(wǎng)格最大尺寸為3mm，最小尺寸0.5mm，劃分網(wǎng)格后如圖2所示。

圖3

圖4

劃分網(wǎng)格后進(jìn)入MSTEP并完成了sheet的定義如圖3，單擊Run，生成沖壓件的展開(kāi)圖如圖4。單擊Formability Report后選擇Thickness Strain 和FLD后再單擊Apply，通過(guò)求解器仿真分析可以得到材料成形后減薄率及成形極限圖。

2 模擬分析結(jié)果查看

對(duì)于副車架沖壓件拉延工藝分析來(lái)說(shuō)，是否出現(xiàn)拉裂以及起皺是對(duì)其結(jié)構(gòu)分析最重要的兩項(xiàng)指標(biāo)，DynaForm可以分析材料成形后的應(yīng)變及厚度變化情況，通過(guò)成形結(jié)果的查看，即可幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)于成形是否成功作出準(zhǔn)確地判斷。

2.1 最大減薄率

雖然有些工件在成形時(shí)沒(méi)出現(xiàn)破裂，但結(jié)果在成形時(shí)出現(xiàn)過(guò)度減薄的情況也是不允許的，因?yàn)檫^(guò)度減薄的工件在使用時(shí)很容易出現(xiàn)裂紋，從而導(dǎo)致破裂失效。對(duì)于板料而言，一般認(rèn)為減薄率在20%以內(nèi)都是可行的。減薄率如圖5所示，該沖壓件上的數(shù)字為本次模擬材料的變化尺寸，其大部分減薄率不超過(guò)15%，最大減薄值約為14.8%，全部位于安全范圍內(nèi)，所以本次成形是成功的。

圖5

2.2 成形極限圖（FLD）的查看

FLD圖全面地反應(yīng)了副車架沖壓件模擬在復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變情況下的拉裂、起皺等各項(xiàng)失穩(wěn)狀況，通過(guò)FLD圖能很快地發(fā)現(xiàn)材料在成形過(guò)程中的各項(xiàng)缺陷，并采取相應(yīng)的措施，改變其成形狀況，避免缺陷的出現(xiàn)，提高副車架沖壓件的成形性能。

圖6中的成形極限圖中每一點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)代表每一單元的最大和最小主應(yīng)變（Major strain），其中紅色曲線以上為破裂曲線，從圖中左上角的極限圖看到零件的成形效果較好，所有點(diǎn)的分別都在安全區(qū)域內(nèi)，沒(méi)有破裂的出現(xiàn)。

圖6

由于本零件在拉延之后還有沖孔、翻邊整形等工序，且絕大部分處于安全區(qū)域，所以本次模擬是成功的。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以DynaForm軟件為平臺(tái)，利用BSE模塊為例，以汽車副車架沖壓件拉延成形為例，探討其整個(gè)成型性工藝分析，得出是否出現(xiàn)拉裂及起皺的兩項(xiàng)指標(biāo)，最后從得到的成形極限FLD圖證明：基于DynaForm分析的求解結(jié)果與該零件的實(shí)際沖壓成形結(jié)果相符，實(shí)現(xiàn)了副車架沖壓件設(shè)計(jì)優(yōu)化，可幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)沖壓件成形是否成功作出準(zhǔn)確地判斷，驗(yàn)證了所得方法的正確性和實(shí)用性。

但由于現(xiàn)實(shí)中的生產(chǎn)情況非常復(fù)雜，到目前為止，有限元數(shù)值分析還不能完全代替實(shí)際試驗(yàn)，但隨著計(jì)算機(jī)和有限元應(yīng)用的進(jìn)一步深入，數(shù)值仿真分析將完全可以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

[1] 龔紅英,劉克素,董萬(wàn)鵬等,金屬塑性成形CAE應(yīng)用-DYNAFORM [M],北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016.

[2] 余志生,汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988.

[3] 李飛舟,板料成形CAE設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010:185-205.

Formability analysis based on DynaForm stampings

Yu Zhong

( Jiangling Holdings Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330000 )

Using the stamping part forming analysis software DynaForm, the CAE simulation analysis of the three-dimen -sional digital model of a car sub-frame stamping part established in CATIA environment is carried out. Through the review of the calculation results, the possible forming defects are pre-judgized and appropriately optimized so that some problems in the post-process can be solved at the beginning of the design. Save time for product development and save the cost of developing new products.

DynaForm; billet engineering (BSE); sub-frame stampings; stamping parts CAE process analysis

U463.9

B

1671-7988(2018)21-91-03

U463.9

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喻忠（1976-），男，江西南昌，汽車工程師。研究方向：汽車底盤(pán)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.032