Dynaform軟件在沖壓工藝分析過程中的應(yīng)用

孫 理，李 敏

一汽解放汽車有限公司（吉林長(zhǎng)春 130033）

1 引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，如何快速、準(zhǔn)確、高質(zhì)地將沖壓件數(shù)據(jù)投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)沖壓件的量產(chǎn)，一直是各車企的努力方向之一。因此在SE階段，工藝人員對(duì)制件數(shù)據(jù)做出準(zhǔn)確的工藝方案顯得尤為重要[1]。另一方面隨著計(jì)算機(jī)CAE模擬技術(shù)和有限元軟件的不斷發(fā)展，CAE分析已經(jīng)在沖壓工藝開發(fā)過程中得到了普遍運(yùn)用，CAE分析軟件在提前預(yù)見缺陷與風(fēng)險(xiǎn)、縮短調(diào)試周期、提高制件質(zhì)量、提高材料利用率、降低生產(chǎn)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(fā)過程中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2 制件信息

圖1所示為加強(qiáng)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(fù)角。為了分析成形與拉伸兩種工藝在該制件上的質(zhì)量區(qū)別，因此將用Dynaform分析對(duì)比兩種工藝方案的結(jié)果。

圖1 制件數(shù)據(jù)

3 成形工藝方案

3.1 Dynaform求解成形工序

將制件導(dǎo)入CATIA中，提取上表面并將重心作為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后旋轉(zhuǎn)制件選擇Z方向作為沖壓方向，并以底面的平面為對(duì)稱平面進(jìn)行工藝補(bǔ)充，考慮到后續(xù)成形定位準(zhǔn)確，在落料工序時(shí)預(yù)沖2個(gè)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(bǔ)充面導(dǎo)入Dynaform中，由于在CATIA中已經(jīng)確定了沖壓方向，在Dynaform軟件中不需要再調(diào)整沖壓方向，通過坯料工程計(jì)算得出毛坯尺寸。在板料成形中選擇無壓板成形，依次進(jìn)行板料與工具體的網(wǎng)格劃分，如圖2所示，為保證圓角成形區(qū)域有足夠的網(wǎng)格顯示變形，網(wǎng)格大小設(shè)置為2mm；檢查網(wǎng)格質(zhì)量、材料參數(shù)設(shè)定、工序體設(shè)置（增加壓料板）、工序設(shè)定，其中成形力設(shè)置為100,000N，punch的虛擬運(yùn)動(dòng)速度為2,000mm/s，保存df文件與dyn文件，提交計(jì)算，約5min得出計(jì)算結(jié)果。

3.2 成形工藝結(jié)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(fā)現(xiàn)到底前5mm材料無褶皺；成形到底后，F(xiàn)LD圖顯示無破裂，但在臺(tái)階交接處，起皺嚴(yán)重。FLD圖是殼單元成形的重要判據(jù)，通過FLD圖能直觀、快速判斷成形過程的各種缺陷，并結(jié)合FLD圖能做出相應(yīng)的工藝調(diào)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(zhì)量要求。通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)模擬分析結(jié)果沒有好轉(zhuǎn)，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(wǎng)格劃分

圖3 成形工序的模擬結(jié)果

4 拉伸工藝方案

4.1 工藝補(bǔ)充

首先對(duì)制件進(jìn)行簡(jiǎn)單沖壓工藝分析，由于制件的截面是Z型，因此可以對(duì)稱拉伸，另外在長(zhǎng)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(jié)約材料成本。

將制件導(dǎo)入CATIA中，調(diào)整沖壓方向，抽取制件上表面進(jìn)行工藝補(bǔ)充面的補(bǔ)充。依次對(duì)將孔、延伸面、側(cè)壁面、壓料面等工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)[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(shè)計(jì)的模面導(dǎo)入Dynaform軟件中，用網(wǎng)格劃分里的partmesh工具對(duì)模面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸為2mm，檢查無孔洞后，并命名為die；設(shè)置網(wǎng)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(chuàng)建矩形板料，創(chuàng)建相應(yīng)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(dòng)成形，按照實(shí)際材料與厚度進(jìn)行設(shè)置。單元類型選擇BT殼單元，BT單元是Dynaform計(jì)算常用的單元，基于坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方程建立單元方程，避免了因坐標(biāo)系嵌套而引起的復(fù)雜運(yùn)算，計(jì)算效率高且不會(huì)存在明顯的誤差[4]。由于該制件較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在此不進(jìn)行回彈計(jì)算，積分點(diǎn)數(shù)量設(shè)置為5。

依次進(jìn)行工具體的設(shè)定，定位、拉伸筋系數(shù)設(shè)定（左右均為0.3），工序的凸模虛擬運(yùn)動(dòng)速度為2,000mm/S，壓邊力為200,000N，時(shí)間步長(zhǎng)采用默認(rèn)值。

4.3 拉伸工藝結(jié)果分析

通過后處理打開d3plot文件，觀察板料的運(yùn)動(dòng)過程，整個(gè)過程平穩(wěn)，到底前5mm板料無褶皺；FLD圖中顯示無破裂和明顯起皺區(qū)域，如圖6所示。查看減薄情況，制件區(qū)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(jié)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(jié)果

5 小結(jié)

（1）本文通過Dynaform與CATIA軟件，對(duì)某支架零件進(jìn)行了沖壓工藝分析，對(duì)比了兩種工藝方案的不同分析結(jié)果，給工藝人員一個(gè)最直觀的判斷，避免了后續(xù)量產(chǎn)引發(fā)的質(zhì)量問題，也為后續(xù)的制件工藝評(píng)審提供了思路和借鑒。

（2）以上成形力、拉伸系數(shù)均經(jīng)過多輪優(yōu)化調(diào)試，才得到理想結(jié)果，為后續(xù)模具設(shè)計(jì)、調(diào)試提供了參考依據(jù)。

（3）對(duì)于沖壓件結(jié)構(gòu)的工藝評(píng)審、工藝方案確定，需要工藝員掌握三維軟件模面設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、彈塑性力學(xué)、有限元理論、沖壓工藝等多方面的知識(shí)，才能勝任該工作，也需要大量的實(shí)踐操作才能領(lǐng)悟其中的精髓，從而更好的為沖壓工藝生產(chǎn)準(zhǔn)備提供有力的支撐。