Dynaform軟件在沖壓工藝分析過程中的應用

孫 理，李 敏

一汽解放汽車有限公司（吉林長春 130033）

1 引言

隨著汽車產業的不斷發展，汽車行業競爭日益激烈，如何快速、準確、高質地將沖壓件數據投產，實現沖壓件的量產，一直是各車企的努力方向之一。因此在SE階段，工藝人員對制件數據做出準確的工藝方案顯得尤為重要[1]。另一方面隨著計算機CAE模擬技術和有限元軟件的不斷發展，CAE分析已經在沖壓工藝開發過程中得到了普遍運用，CAE分析軟件在提前預見缺陷與風險、縮短調試周期、提高制件質量、提高材料利用率、降低生產成本等方面均有幫助。本文就Dynaform5.9.4軟件在某一支架制件的沖壓工藝開發過程中的應用進行介紹。

2 制件信息

圖1所示為加強板支架，材料為St13，厚度1mm，制件輪廓尺寸：70×74×30mm，型面有裝配要求，初步觀察制件無負角。為了分析成形與拉伸兩種工藝在該制件上的質量區別，因此將用Dynaform分析對比兩種工藝方案的結果。

圖1 制件數據

3 成形工藝方案

3.1 Dynaform求解成形工序

將制件導入CATIA中，提取上表面并將重心作為基準點，然后旋轉制件選擇Z方向作為沖壓方向，并以底面的平面為對稱平面進行工藝補充，考慮到后續成形定位準確，在落料工序時預沖2個工藝孔作為第二工序成形的定位孔，在第三工序中再切開。將工藝補充面導入Dynaform中，由于在CATIA中已經確定了沖壓方向，在Dynaform軟件中不需要再調整沖壓方向，通過坯料工程計算得出毛坯尺寸。在板料成形中選擇無壓板成形，依次進行板料與工具體的網格劃分，如圖2所示，為保證圓角成形區域有足夠的網格顯示變形，網格大小設置為2mm；檢查網格質量、材料參數設定、工序體設置（增加壓料板）、工序設定，其中成形力設置為100,000N，punch的虛擬運動速度為2,000mm/s，保存df文件與dyn文件，提交計算，約5min得出計算結果。

3.2 成形工藝結果分析

通過后處理程序打開d3plot文件，觀察料片的成形過程，發現到底前5mm材料無褶皺；成形到底后，FLD圖顯示無破裂，但在臺階交接處，起皺嚴重。FLD圖是殼單元成形的重要判據，通過FLD圖能直觀、快速判斷成形過程的各種缺陷，并結合FLD圖能做出相應的工藝調整[2]。通過檢查減薄率，材料增厚最大處為0.2mm，增厚了約20%，不符合沖壓工藝的質量要求。通過調節工藝參數，發現模擬分析結果沒有好轉，如圖3所示，因此該件不適合采用成形工藝方案。

圖2 各工具體的網格劃分

圖3 成形工序的模擬結果

4 拉伸工藝方案

4.1 工藝補充

首先對制件進行簡單沖壓工藝分析，由于制件的截面是Z型，因此可以對稱拉伸，另外在長度方向上，制件變化較為平緩，底面為平面，可以作為壓料面，綜合以上因素可以采用半開口拉伸工藝，節約材料成本。

將制件導入CATIA中，調整沖壓方向，抽取制件上表面進行工藝補充面的補充。依次對將孔、延伸面、側壁面、壓料面等工藝補充面的設計[3]，最終得出如圖4所示的工藝模面。

4.2 Dynaform求解拉伸工序

將CATIA設計的模面導入Dynaform軟件中，用網格劃分里的partmesh工具對模面進行網格劃分，網格尺寸為2mm，檢查無孔洞后，并命名為die；設置網格的法向，再偏置1.1倍料厚得到punch與binder，所有工具體齊全后，用前處理命令創建矩形板料，創建相應的blank圖層，如圖5所示。

圖4 拉伸工序的工藝模面

圖5 拉伸工序各工具體

板料成形選擇單動成形，按照實際材料與厚度進行設置。單元類型選擇BT殼單元，BT單元是Dynaform計算常用的單元，基于坐標系和運動方程建立單元方程，避免了因坐標系嵌套而引起的復雜運算，計算效率高且不會存在明顯的誤差[4]。由于該制件較小，結構簡單，在此不進行回彈計算，積分點數量設置為5。

依次進行工具體的設定，定位、拉伸筋系數設定（左右均為0.3），工序的凸模虛擬運動速度為2,000mm/S，壓邊力為200,000N，時間步長采用默認值。

4.3 拉伸工藝結果分析

通過后處理打開d3plot文件，觀察板料的運動過程，整個過程平穩，到底前5mm板料無褶皺；FLD圖中顯示無破裂和明顯起皺區域，如圖6所示。查看減薄情況，制件區域變形充分，最大減薄率為20.2%，符合工藝要求。因此可以得出結論，該支架的工藝方案適合采用拉伸工藝。

圖6 拉伸工序的模擬結果

5 小結

（1）本文通過Dynaform與CATIA軟件，對某支架零件進行了沖壓工藝分析，對比了兩種工藝方案的不同分析結果，給工藝人員一個最直觀的判斷，避免了后續量產引發的質量問題，也為后續的制件工藝評審提供了思路和借鑒。

（2）以上成形力、拉伸系數均經過多輪優化調試，才得到理想結果，為后續模具設計、調試提供了參考依據。

（3）對于沖壓件結構的工藝評審、工藝方案確定，需要工藝員掌握三維軟件模面設計、模具結構基礎、彈塑性力學、有限元理論、沖壓工藝等多方面的知識，才能勝任該工作，也需要大量的實踐操作才能領悟其中的精髓，從而更好的為沖壓工藝生產準備提供有力的支撐。