基于AutoForm4.6的汽車鈑金件成形分析技術(shù)探討

許紅伍　王洪磊

摘要：汽車鈑金件的成形分析軟件很多，文章借助其中之一的AutoForm4.6軟件對(duì)某個(gè)汽車鈑金件進(jìn)行了成形模擬分析，對(duì)成形的參數(shù)設(shè)定及成形結(jié)果都進(jìn)行了闡述，最終確認(rèn)了此汽車鈑金件所需要的成形參數(shù)，為之后的模具設(shè)計(jì)提供了很好的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：AutoForm4.6；成形分析技術(shù)；汽車鈑金件；沖壓；成形參數(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG385 文章編號(hào)：1009-2374（2015）29-0084-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.042

1 概述

成形分析模擬技術(shù)，簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是將板料的模具與工藝條件輸入到分析軟件，通過軟件模擬變形全過程，從而判斷模具和工藝方案的合理性。每一次的仿真等同于一次試模過程，因此成形分析軟件在鈑金件的成形設(shè)計(jì)過程中備受推崇。鈑金件最為典型的是汽車鈑金件。當(dāng)前，汽車鈑金件的模具設(shè)計(jì)與制造離不開高效的成形模擬軟件?，F(xiàn)有的成形模擬軟件很多，在國(guó)外，有德國(guó)的AutoForm、美國(guó)eta公司的Dynaform、法國(guó)ESI集團(tuán)的PAM系列軟件，國(guó)內(nèi)有北航的SheetForm、華中科技大學(xué)的Vform等。與上述提及的軟件相比，AutoForm的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為：界面友好、易學(xué)易用、能更快完成求解、對(duì)一些復(fù)雜的工程應(yīng)用也能得到可靠的結(jié)果等。AutoForm的版本在不斷更新，功能和界面友好性都在不斷提高，4.0版本以后引入了一個(gè)全工序模具設(shè)計(jì)的概念，模擬的最終結(jié)果與產(chǎn)品一致。AutoForm4.6版本較之前4.0版，智能性和易操作性又上了一個(gè)臺(tái)階。本文將運(yùn)用autoform4.6軟件分析某汽車鈑金件的成形過程與結(jié)果。

2 成形分析案例

圖1 模擬效果圖

鈑金件模擬效果圖見圖1，主要涉及拉深與切邊工藝。此鈑金件是汽車上的一個(gè)覆蓋件，形狀相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸變化也較大，有較高的表面質(zhì)量要求，曲面多，配合協(xié)調(diào)性高。在成形時(shí)，不僅要控制外形尺寸和結(jié)構(gòu)，還要特別控制板料的變薄情況和起皺現(xiàn)象。

2.1 成形條件

此鈑金件的材料為GMW3032M-ST-S-340LA-UNCOATED-U，這是一種低合金高強(qiáng)度鋼，板厚0.8。成形時(shí)，摩擦系數(shù)0.15，材料性能見圖2：

圖2 材料性能

采用一次拉深成形，理論成形壓力305t，壓邊力90t，壓邊圈行程70mm，選用400t壓力機(jī)，毛坯尺寸1250mm*390mm。

采用雙動(dòng)拉深，沖壓方向及拉延筋范圍見圖3，模具的沖頭和壓料板都設(shè)定在上模部分。拉延筋的設(shè)置很重要，當(dāng)模擬結(jié)果不理想時(shí)，可以重新設(shè)置拉延筋參數(shù)，在本例中，設(shè)置的拉延筋的形狀為圓弧形，半徑為3mm，詳細(xì)參數(shù)見圖3所示：

圖3 沖壓方向和拉延筋形狀

目前，Autoform4.6采用的等效拉延筋，即將拉延筋復(fù)雜的幾何形狀抽象為一條能承受一定力的附著在模具表面的拉延線，對(duì)表示拉延筋的線施加阻力來代替實(shí)際拉延筋。板料及拉延筋的中心線見圖4所示：

圖4 板料及拉延筋中心線

2.2 板料的成形過程

板料成形在autoform4.6中的分析流程如下：導(dǎo)入模型；利用軟件提供的網(wǎng)格劃分工具對(duì)板料、凸模、凹模、壓邊圈進(jìn)行網(wǎng)格的自動(dòng)劃分，自動(dòng)檢查并修正網(wǎng)格缺陷等；定義板料、凸模、凹模和壓邊圈的屬性以及相應(yīng)的工藝參數(shù)，包括摩擦系數(shù)、接觸類型和壓邊線等；調(diào)整板料、凸模、凹模、壓邊圈之間的相互位置；設(shè)置分析參數(shù)，然后求解。具體的操作過程在這里就不再贅述。板料的成形過程如圖5所示：

圖5 成形過程

這里截取了成形過程的6個(gè)狀態(tài)，通過這6個(gè)狀態(tài)可以比較直觀地對(duì)比板料的變形過程。

2.3 模擬結(jié)果

成形極限圖FLD是模擬結(jié)果分析的重要部分。成形極限圖見圖6所示：

圖6 成形極限圖

在金屬板材成形性能模擬中，確定變形過程中的應(yīng)力與應(yīng)變分布是十分重要的，F(xiàn)LD曲線是由板料在不同應(yīng)變路徑下的局部失穩(wěn)極限應(yīng)變?chǔ)艠?gòu)成的條帶形區(qū)域或曲線，它是判斷和評(píng)定金屬薄板成形性最為簡(jiǎn)單和直觀的方法，通過分析零件變形大小與成形極限的關(guān)系，可以確定零件沖壓成形的危險(xiǎn)部位并判斷材料使用是否合理，有助于科學(xué)評(píng)估板材對(duì)零件的實(shí)際成形效果，是解決板材沖壓?jiǎn)栴}的一個(gè)非常有效的工具，同時(shí)也是對(duì)沖壓工藝成敗的一種判斷曲線。從FLD圖中可以看出此次拉深基本是安全的，絕大部分點(diǎn)在極限曲線范圍內(nèi)，無(wú)起皺現(xiàn)象，但存在一定的拉破風(fēng)險(xiǎn)。

成形模擬的結(jié)果如圖7，在圖7中，綠色顯示部分表示拉深安全區(qū)域，紫色區(qū)域表示有壓應(yīng)力，有起皺的可能，但起皺部分最后會(huì)被切邊工序切掉，無(wú)厚度過薄及破例現(xiàn)象。

圖7 成形模擬結(jié)果

最后，再看看成形厚度分布云圖，見圖8所示：

圖8 成形厚度分布云圖

從成形厚度分布云圖中可以看到任意位置的厚度，從圖8中可以發(fā)現(xiàn)基本是合理的。

通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)本次模擬參數(shù)是很有參考價(jià)值的，這點(diǎn)在后階段的模具開發(fā)過程中得到了驗(yàn)證。

3 小結(jié)

通過Autoform成形分析，可以幫助設(shè)計(jì)人員驗(yàn)證成形參數(shù)，也可以加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對(duì)本產(chǎn)品及類似產(chǎn)品的成形工藝的認(rèn)識(shí)，很大程度地提高了模具設(shè)計(jì)的效率，為之后的模具設(shè)計(jì)及成形參數(shù)調(diào)整打下了很好的基礎(chǔ)。

在運(yùn)用Autoform軟件分析產(chǎn)品成形工藝時(shí)，常常會(huì)遇見模擬結(jié)果不如意的情況，這時(shí)，大家就需要靈活地調(diào)整自己的模擬參數(shù)，如壓邊力、毛坯大小、拉延筋等。

4 結(jié)語(yǔ)

Autoform軟件在不斷更新，功能也越發(fā)強(qiáng)大，分析的可靠性也更好。Autoform分析可以為我們的模具設(shè)計(jì)及試模提供一些參考，很大程度上節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)周期，Autoform小巧、計(jì)算快、操作簡(jiǎn)單，在汽車鈑金件成形方面有很大的優(yōu)勢(shì)，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：許紅伍（1977-），男，湖北仙桃人，供職于蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院中德工程學(xué)院，碩士，研究方向：板料成形分析及模具設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）