基于AutoForm的汽車推桿支架毛坯及排樣設計

謝 杰，曹 勛

(1.常州大學懷德學院，江蘇 靖江 214500；2.常州星宇車燈股份有限公司，江蘇 常州 213000)

0 引言

沖壓制件的質量和精度不僅與沖壓件自身的結構、材料有關，還與制件毛坯的形狀及尺寸密切相關[1]。本文研究的汽車車身推桿支架的成形主要包含落料、沖孔、翻邊三個工序，翻邊作為該零件的最后一道工序，意味著該制件不再有其他修邊工序來保證零件的尺寸，那么確定零件的毛坯外形尺寸的落料工序就顯得非常重要。通常，毛坯的外形尺寸首先由設計人員初步理論估算，然后通過不斷的工藝調試來確定最終的落料輪廓線。雖然采用上述傳統的設計方法可獲得符合產品精度的毛坯外形尺寸，但生產制造周期較長、成本較高，結果也不準確。隨著沖壓模具設計制造技術的發展，各式各樣的有限元仿真軟件得以應用，AutoForm R7作為一款鈑金沖壓成型專用分析軟件被廣泛地應用于沖壓生產和設計中。利用AutoForm R7軟件確定制件毛坯外形尺寸，可以縮短生產周期，降低生產成本，提高沖壓件毛坯外形尺寸的精度[2]。

1 AutoForm軟件概述

目前，AutoForm、Dynaform、PressCAD等分析軟件被廣泛應用于模具輔助設計和制造過程中[3,4]。其中，AutoForm軟件是應用比較廣泛的一款軟件，不僅可以實現制件毛坯外形尺寸的計算、對展開圖進行自動排樣，還能模擬沖壓成型過程，分析成型過程中可能存在的缺陷，為設計人員提供設計參考。利用其Form check(Formchk)模塊可以直接得出毛坯的輪廓線，相較于其他分析軟件更為方便快捷。AutoForm軟件主要包括前處理和后處理兩大部分，其中毛坯尺寸計算和排樣的具體的步驟為：產品數模導入→設置參數(沖壓方向、材料及厚度)→毛坯外形尺寸計算→設置排樣的搭邊值等→得出排樣圖和材料利用率。

2 計算汽車車身推桿支架毛坯外形尺寸

2.1 產品分析

汽車車身推桿支架三維數模如圖1所示。該沖壓件的成形主要包括落料、沖孔、翻邊三個工序。毛坯的外形尺寸和輪廓主要是由翻邊部位決定的，制件的翻邊角度為90°，翻邊線主要是由圓弧和直線組成，圓弧處可以看作是曲線翻邊，其余為直線翻邊，直線翻邊處的展開圖可以較容易地獲得，而曲線翻邊處的展開圖由于沒有統一的計算方法，所以較難獲得精確的毛坯外形尺寸，因此采用AutoForm軟件對其展開計算。

圖1 汽車車身推桿支架三維數模

2.2 產品數模導入

沖壓制件的三維數模既可以以實體形式導入AutoForm軟件，在AutoForm軟件中抽取為片體；也可以在UG等三維軟件中對沖壓制件的三維數模進行抽取中性面，然后再導入AutoForm軟件中。

本文將汽車車身推桿支架三維數模直接導入AutoForm軟件中，抽取零件的中間層，如圖2所示。

圖2 汽車車身推桿支架中間層

2.3 設置相關參數

設置模具的壓力中心為零件幾何中心，設置材料為SAPH440，其抗拉強度≥440 MPa，厚度為3.2 mm。

2.4 毛坯外形尺寸計算

利用Form check(Formchk)模塊計算沖壓件的毛坯外形尺寸，結果如圖3所示。

圖3 汽車車身推桿支架毛坯展開圖

3 排樣

相比傳統排樣方式的確定過程，利用AutoForm軟件進行自動排樣，具有方便快捷、準確度高的特點。AutoForm軟件不僅可以實現多角度單排、雙排、鏡像排等多種自動排樣方式，還能同步計算材料利用率、價格及重量等。

根據沖壓件的外形、材料的種類及厚度，查《沖壓模具簡明設計手冊》[5]，得到工件間的搭邊值為2.2 mm，側搭邊值為2.5 mm。將搭邊參數輸入軟件中，排樣方式選擇(0°，30°，90°)單排和雙排，得到排樣圖如圖4、圖5所示。

圖4 多角度單排排樣圖

在AutoForm軟件中同步獲取各種排樣的材料利用率，如表1所示。根據表1中數據可知，雙排的材料利用率均高于單排的材料利用率，其中選擇雙排角度為30°時材料的利用率最高(70.18%)。

表1 各種排樣材料利用率 %

將由AutoForm軟件生成的圖5(b)30°雙排排樣圖另存為igs文件，導出至UG標注尺寸，得到最后排樣設計圖，如圖6所示。

圖5 多角度雙排排樣圖

圖6 30°寬115 mm排樣圖

4 結論

本文利用AutoForm軟件計算汽車車身推桿支架的毛坯形狀和尺寸，并對其進行排樣優化。可以得到以下結論：

(1)利用AutoForm軟件自動求解毛坯的展開尺寸，可以提高毛坯的尺寸精度，尤其是對于復雜沖壓件的毛坯展開圖而言，使得理論計算的毛坯尺寸與實際接近，可縮短現場試模周期，降低生產成本，為模具設計和制造提供重要的參考。

(2)在搭邊值一定的條件下，不同傾斜角度的單排與雙排排樣，材料的利用率不同。采用AutoForm軟件計算不同傾斜角度的單排與雙排排樣的材料利用率，快捷方便，最終得出當傾斜角度為30°雙排、條料寬度115 mm時，材料的利用率最高。