基于Dynaform軟件的汽車消聲器連結法蘭盤毛坯尺寸的計算

趙博寧

（柳州鐵道職業技術學院，廣西 柳州545616）

0 引言

沖壓成型產品的質量與初始毛坯形狀和尺寸有很大的關系。若毛坯尺寸或者形狀選擇不合適時，產品極易出現起皺、開裂等缺陷，有的可能成型都不可能。本文所涉及的汽車消聲器法蘭主要采用沖壓工序有落料、翻邊，此零件成型的最大難點是翻邊后不再采用切邊工序來保證零件尺寸，意味著翻邊將是其最后一道工序，那么前面的決定零件外形尺寸的落料工序尤為重要。傳統的確定毛坯外形尺寸主要是依靠設計人員的經驗估算，然后通過不斷的工藝驗證而確定的，雖然這種經驗估算法最終達到生產要求，但是這種方法不僅使模具生產制造周期增長和生產成本高，結果也不準確。隨著各種有限元軟件的出現，Dynaform軟件作為一種高效的輔助軟件，被應用于沖壓生產和設計中，簡化了制件毛坯的計算過程，提高了沖壓件的毛坯計算準確度，縮短了生產周期，降低了生產成本[1]。

1 Dynaform軟件概述

Dynaform軟件是應用比較廣泛的一款軟件，它不僅可以用于毛坯尺寸、排樣和材料利用率的計算，而且用于模擬沖壓成形質量，可以分析成型過程中出現的沖壓缺陷，對板料的成形性能進行評估，為沖壓件的沖壓工藝和模具設計提供了很大幫助。其中的Blank Size Engineering（BSE）模塊可以直接計算出毛坯的輪廓線，對毛坯形狀尺寸計算非常有利。Dynaform軟件主要包括三大部分：Dynaform前處理器，Ls-Dyna有限元求解部分，Dynaform后處理器。Dynaform軟件毛坯尺寸計算和排樣具體的步驟為：三維建模→模型導入Dynaform軟件→有限元網格劃分→設置材料以及厚度→計算毛坯外形尺寸→添加毛坯輪廓線→設置排樣的搭邊值，件間距等→得出排樣圖和材料利用率[2]。具體的步驟如圖1所示。

圖1 Dynaform沖壓件展開及排樣流程

2 計算汽車消聲器連結法蘭盤毛坯外形尺寸

汽車消聲器連結法蘭盤成型主要用的工序有落料、沖孔、翻邊和翻孔工序。翻孔部位在于零件的中心位置，它對于毛坯的外形尺寸影響不大，毛坯的外形尺寸和輪廓主要是由翻邊部位決定的。翻邊主要部位在外緣部分，翻邊角度為90°，翻邊線主要是圓弧和直線組成，中間段可以看作是曲線翻邊，兩端是直線翻邊，但是目前沒有關于組合曲線的統一計算方法，因此采用Dynaform軟件對其展開計算。

2.1 三維建模

無論什么軟件計算外形尺寸，都是首先建立三維模型，然后將建立的三維模型導入軟件并建立有限元模型，進行有限元分析和仿真結果分析。本文通過UG NX繪制法蘭盤的三維模型，結果如圖2所示。通常零件毛坯尺寸取其中性面來計算此零件翻邊部分相對簡單，中性層容易確定。利用UG軟件抽取零件的中性層，抽取的中性面面積為7149.1887 mm2，然后將零件中性層曲面模型以igs文件保存。

圖2 消聲器連接法蘭零件

2.2 導入Dyanform軟件并進行網格劃分

將2.1創建的中性面以igs文件格式導入DYNAFOR軟件，并對其進行網格劃分，采用MSTEP MESH網格，設置網格最大尺寸為2 mm，最小尺寸為0.5 mm，創建的有限元網格如圖3所示。

圖3 有限元網格劃分

2.3 網格檢查、網格修補、法向檢查、邊界檢查和內部孔填補

對2.2創建的有限元網格進行網格檢查，發現網格完好，并不需要修補。邊界檢查后有4個邊界，如圖4所示，其中沖孔的兩個孔邊界不需要，所以進行孔修補，修補后如圖4所示，再次檢查邊界。

圖4 孔填補

2.4 設置相關參數

設置零件的材料為SPHE材料，選擇36號模型，其抗拉強度≥270 MPa，彈性模量為2.07×105 GPa，松泊比為 0.28，密度為 7 850 kg·m-3。

圖5 獲得的坯料輪廓線

2.5 毛坯外形尺寸計算

利用Bank Size Engineering（BSE）模塊下的預處理功能設置求解計算結果和生成報告，結果如圖5所示。

3 排樣

對于Dynaform軟件，在搭邊值不變的前提下，裁剪的條料寬度不定的情況下，可以安排不同角度的角度排樣，對比計算結果，選出理想的排樣結果。為了更好地觀察角度對材料利用率的影響，根據零件的外形及材料性質查模具設計手冊得到搭邊值工件間為1.8 mm，搭邊值為2.2 mm[3]，布置方式考慮到模具結構采用單排，并設置了4種傾斜角度（0°，30°，60°，90°（見圖 6-圖 9））的排樣方式。

圖60 °排樣圖

圖730 °排樣圖

圖860 °排樣圖

圖990 °排樣圖

從上面的分析可以得出，當角度為90°時材料的利用率最高（72.478%）。但是再生產中為了方便條料的裁剪，一般都是設置為整數，因此當角度為90°時，設置條料的裁剪寬度為100 mm，如圖10所示，再將Dynaform軟件中設置條料寬度為100 mm，角度為90°時重新計算利用率是69.78%。角度為0°時，設置條料的裁剪寬度為125 mm，再將Dynaform軟件中設置條料寬度為125 mm，角度為0°時重新計算利用率是69.93%。選擇材料利用率作為最后的排樣結構如圖11所示。

圖1090 °寬100mm排樣圖

圖110 °寬125mm排樣圖

4 結論

本文采用Dynaform軟件計算消聲器法蘭盤的毛坯的形狀和尺寸，并對其進行排樣優化。用Dynaform軟件估算毛坯的形狀尺寸，可以更好地定義毛坯，使定義的毛坯與實際接近，提高模擬的精度，給模具設計和工藝設計提供重要的參考[4]。利用Dynaform軟件計算的汽車消聲器法蘭毛坯外形尺寸，相比傳統的計算方法，提高了計算速度和準確度，并將其在生產中進行實踐驗證，計算結果準確可靠。當搭邊值和件邊距給定的前提下，不同的傾斜角度，材料的利用率不一樣，采用Dynaform軟件計算不同的傾斜角度的材料利用率，簡潔方便，最終得出當傾斜角度為為0°時，條料寬度125 mm時，材料的利用率最高。