基于AUTOFORM建立板材成形原理與方法專業課模擬實踐平臺

劉發 趙洪運 于靜泊 楊海峰 周威佳

[摘要]近年來，隨著汽車工業的高速發展，車輛快速更新換代已經成了汽車企業生存的基本前提，各大汽車企業對車身開發專業技術人員有了新的篩選標準，同時對高校的教育培養模式提出了新的要求。因此，材料成型專業實驗教學進行實踐性創新活動具有重要意義。以板材成形原理與方法專業課為依托，有限元數值模擬軟件AUTOFORM為工具，工程化零件為載體，綜合規劃，建設專業課模擬實踐平臺，著重培養學生的創新思維和工程化意識，提高學生的實踐創新能力及工程化實踐能力，形成了一套完整的綜合實驗教學實踐創新體系。

[關鍵詞]有限元分析;數值模擬;板材成形

[中圖分類號]G642

[文獻標志碼]A

[文章編號]2096-0603（2019）07-0216-02

板材成形原理與方法是材料加工專業非常重要的一門專業課，通過這門課程的學習，一方面為學生打下堅實的理論基礎，同時也是學生理論聯系實際進行工程化設計的重要參考依據。現階段各高校針對此課程還是以課本理論授課為主，實際工程化設計嚴重不足，學生所學的知識仍停留在理論階段，未真正意義上升到實際應用。近年來，隨著塑性成形有限元數值模擬的應用，計算機輔助設計已成為主流，所以，以AUTOF一ORM為工具，以工程化案例為載體，為板材成形原理與方法專業課建立模擬實踐平臺尤為重要。

一、專業課介紹

（一）板材成形原理與方法介紹

板材的主要成形方法為沖壓成形。沖壓成形是指靠壓力機和模具對板材、帶材等施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀、尺寸、性能的工件的加工成形方法凹。沖壓成形幾乎涉及各行各業，如汽車車身覆蓋件、家用電器的金屬部件、電腦金屬部件等。隨著沖壓成形件的廣泛應用，專業人才需求量急劇增加，板材成形原理與方法這門課的重要程度也逐步被提高。

（二）塑性成形有限元分析介紹

近年來，隨著計算精度和運行速度的顯著提高，有限元模擬在航天、汽車、模具等工業的發展也越發成熟。利用有限元模擬技術進行零件成形分析，優化工藝、提高產品性能，從而降低產生缺陷的可能性，是企業產品開發的重要環節121。有限元數值模擬軟件較多，如AUTOFORM，DENAFORM，PAMSTAMP等。本文所用有限元分析軟件即為AUTOFORM。

二、基于AUTOFORM建立板材成形原理與方法專業課模擬實踐平臺

（一）模擬實踐平臺工具選取

模擬實踐平臺要通過對多組工藝參數進行模擬，對比計算結果，逐步優化各工藝參數。基于AUTOFO一RM計算速度快、前處理功能強大等特點，可有效解決計算量大、耗時長、參數更改繁瑣等實際問題，本實踐平臺選取AUTOFORM為工具。

（二）模擬實踐平臺研究對象選取

研究對象難度選取要適中，難度太大，規定時間內，學生無法完成任務，達不到訓練目的。同時由理論過渡到實際設計，難度跨度太大，不利于知識吸收提升;難度太小，又無法承載多組工藝參數優化任務，同樣達不到訓練目的。所以，以難度適中的汽車車身前橫梁為研究對象，如圖1所示。

（三）模擬實踐平臺前期建模階段重點考察知識點設計

模擬實踐平臺搭建過程，就是學生利用AUTOFORM進行工藝設計的過程：（1）沖壓中心確定;（2）沖壓角度設定;（3）壓料面設計;（4）工藝補充面設計;（5）板料尺寸設定;（6）壓邊圈行程設定;（7）初始壓邊力計算。

（四）模擬實踐平臺前期建模過程

模擬實踐平臺的建設，首先要對前橫梁進行工藝設計，過程如下：（1）產品導人AUTOFORM中;（2）調整產品中心;（3）調整沖壓角度;（4）補充產品缺口和孔洞;（5）生成壓料面;（6）生成工藝補充面;（7）生成板料;（8）設置初始壓邊力和虛擬拉延筋;（9）設置摩擦系數;（10）生成模具部件并設定其行程。如圖2所示，從左至右從上到下依次為產品導人缺口孔洞補充、生成壓料面、生成工藝補充面、生成原始板料、生成模具部件（上模、下模、壓邊圈）。

（五）模擬實踐平臺后期模擬參數設計

以前橫梁為研究對象，料厚1.2mm，影響零件成形效果的因素有：壓邊力、摩擦系數、拉延筋強度、模具間隙等。現研究以上四因素對成形效果的影響，各取四組參數，建立模擬實踐平臺的參數庫，如下表所示。學生在參數庫中選擇參數，進行模擬研究。

通過此實踐平臺，學生可以快速總結出四個參數對成形過程的影響，如想研究壓邊力對成形過程的影響，則將摩擦系數、拉延筋強度、模具間隙都選擇數組一不變，然后壓邊力分別選擇數組一、數組二、數組三、數組四進行計算對比，便可清晰地判斷出壓邊力對成形過程的影響。同理，用類似的方式可研究其他三個參數對成形過程的影響。

通過實踐平臺模擬結果，可快速總結壓邊力、摩擦系數、拉延筋強度、模具間隙對成形效果的影響。再結合板材成形原理與方法專業課知識，進行檢驗分析，有效提升學生的專業知識及工程化設計能力。

三、模擬實踐平臺實施后效果

1.通過此平臺，學生總結了壓邊力摩擦系數拉延筋強度、模具間隙對成形過程的影響，增強了分析問題能力;

2.通過應用AUTOFORM軟件進行模擬計算，學生對塑性成形有限元分析專業課知識進行了鞏固和應用;

3.掌握了一款工程化有限元分析軟件的應用方法;

4.在進行零件工藝設計實訓過程中，綜合利用了塑性成形有限元分析、板材成形原理與方法專業課知識，提升了學生的知識綜合應用能力;

5.以典型沖壓件為依托，提升學生的工程化設計能力;

6.通過計算、分析、修正、再計算等反復循環，直至計算出最優結果，提升了學生的綜合分析問題能力和解決問題能力。

參考文獻：

[1]官英平.AZ31B鎂合金方盒形件拉深成形工藝參數研究[J].鍛壓技術，2014，39（6）：45.

[2]姜旭，周六如.基于AUTOFORM汽車左中側圍內板加強板成形模擬及工藝優化[J].鍛壓技術，2018，43（10）：47.