板料成形CAE设计及应用--基于DYNAFORM(第2版)

现代制造工程2007年第6期制造工艺/工艺装备

基于Dynaform的汽车覆盖件拉延模具设计

陈冀东,余世浩,王宁,李小力

(武汉理工大学材料学院,武汉430070)

摘要:以板料成形非线性有限元分析软件Dynaform为平台,介绍汽车覆盖件拉延模具型面设计过程,对某种汽车引擎盖冲压成形过程进行数值模拟,根据模拟结果进行成形性分析,为优化工艺参数和模具结构提供强有力的工具。关键词:汽车覆盖件;拉延模具型面;成形性

中图分类号:TP391.9;TH16 文献识标码:B 文章编号:1671 3133 (2007)06 0072 03

Die facedesignofdrawingpartsofautomobilecoverbasedonDynaform

ChenJi dong,YuShi hao,WangNing,LiXiao li

(MaterialandEngineeringCollege,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,CHN)

Abstract:Introducestheprocessofdie facedesignofautomobilepanelbasedonthedynamicexplicitnon linearfiniteelementsoftwareDynaform.Throughthenumericalsimulationatypicalautomobilepanelpartstampingprocessandmakeformabilityanal ysistheresultsofsimulation,sosupplyaforcefultoolofoptimizingprocessingparametersandfeatureofdies.Keywords:Automobilepart;Drawingdie facedesign;Forminganalysis

0 引言

汽车覆盖件冲压模具生产多是通过试模法进行逐步修改,直到满足要求为止。这种方法生产周期长,效率低,消耗大量人力和物力,而且对工人技术水平和经验要求比较高。随着有限元技术和计算机技术的高速发展,尤其是冲压模拟软件的开发和应用,使冲压模具设计和加工定量化,因此,加快了冲压工艺方案的确定,最终得到理想的冲压参数,实现设计

自动化,节省物质资源,减少对经验的依赖,降低对技术工人的要求等。

与CAD软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能。Dynaform采用业界非常著名的非线性动力显式有限元软件LS DYNA的求解器。LS DYNA是采用显、隐结合的算法进行板料成形模拟的最有代表性的软件,它用动力显式求解器模拟冲压成形过程,计算稳定,效率高;同时,LS DYNA近几年来加强了隐式算法的开发,实现了显、隐无缝集成的功能,在完成冲压分析后,自动切换到隐式求解器进行回弹分析。在回弹分析过程中,可以采用大的时间步长,提高回弹的计算效率。

目前,Dynaform已在世界各大汽车、航空、钢铁公司,以及众多的大学和科研机构得到广泛应用,在我国长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海大众汽车公司、洛阳一拖等知名企业也已得到成功应用。

1 2 数值模拟分析步骤

本文研究采用Dynaform软件进行数值模拟分析。数值模拟分析分为前置处理和后置处理两个主要部分。流程图如图1所示。

1)读入用户提供的数学模型。Dynaform可以直接读入UG、CATIA和Pro/E等数学模型。2)利用Dynaform提供的网格划分工具对数学模型进行有限元划分、检查、修改、重分和优化等。

[1]

1 数值模拟概况

1 1 数值模拟软件Dynaform

Dynaform是由美国ETA公司和LSTC公司联合开发,用于板材成形模拟的专用软件包,可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期,不但具有良好的易用性,而且包括大量的智能化自动工具,可方便地求解各类板料成形问题。Dynaform可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕和回弹,评估板料的成形性能,从而为板料成形工艺及模

具设计提供帮助;Dynaform用于工艺及模具设计的复杂板料成形问题;Dynaform包括板料成形分析所需的

制造工艺/工艺装备 3)进行数学模型的边界、单元法向一致、合模等检查。

4)根据工艺和实际加工确定冲压方向,创建凹模和压料面,进行工艺补充,并在压料面上创建拉延筋。

5)对凹模和工艺补充部分进行展开,获得毛坯的初始形状,优化后划分网格。6)定义凹模、凸模、压料面和毛坯等部件,定义拉延力、摩擦因数和拉延筋的等

现代制造工程2007年第6期

台下采用NX4 0和Dynaform5 2实现这种设计方法。该零件材料为08AL冷冲压钢板。其材料参数为

3

3

[3]

:

质量密度7 83 10kg/m,板料厚度0 8mm,

杨氏模

量为207GPa,泊松比

0 3,强度极限710MPa,强化指数0 22,Barlat屈服函数m=6,各向异性参数R0=1 87,

图2 汽车引擎罩零件模型

R45=1 27,R90=2 17。3 1 读取数模零件

图1 CAE流程图

进行网格划分

网格划分的好坏对模拟的精确和计算时间有一定的影响。一般情况,在弯曲变形较大的部位网格划分的密一些,在变形较小的部位网格划分比较稀疏一些。Dynaform提供了自适应网格划分,可以快速划分模型的网格。

把零件数模的IGES格式导入Dynaform中,轿车引擎罩整体尺寸较大,零件以中线上下对称,高低起伏较大,几何形状复杂。用网格划分工具(meshtool)对几何体进行网格划分,同时展开引擎罩上的翻边部分。

3 2 冲压方向的确定

冲压方向是拉延工序设计中应首先确定的参数。它不但决定能否拉延出合格的覆盖件,而且影响到工艺补充部分的多少,以及拉延后各个工序(如整形、修边、翻边等)的设计方案。调整冲压方向时,要考虑零件便于成形及放置。

利用Dynaform中DEF模块,以Preparation命令中的Tipping进行冲压方向调整。采用自动调整(Auto Tipping)及手动调整(ManualTipping)功能联合调整,以保证无死区及尽可能减小拉延深度为原则确定冲压方向。

3 3 创建压料面与工艺补充部分

为了便于拉延成形,压料面的形状不能有异常的凸起或凹坑,要求平滑、光顺,尽量简单化;合理地选择压料面与拉延方向的相对位置;保证压料面各部分进料阻力均匀可靠。设计压料面的关键技术是保证

拉延深度基本均匀,将变形方式由拉延

为主的深拉延变为胀形为主的浅拉延。这样可以减少工艺

图3 完整几何型面

效数学模型,再进行模拟分析,然后根据分析结果进行工艺参数的优化,确定工艺方案。

[2]

2 汽车覆盖件模拟的关键技术

汽车覆盖件模拟的关键技术主要有四个方面。1)板料与模具之间的接触处理。板料与模具的接触问题一般采用经典的库仑摩擦定律计算摩擦力,但实际上,板料与模具的摩擦是介于库仑摩擦和流体摩擦之间的一种 边界摩擦!或 混合摩擦!,并与板料和模具表面粗糙度、接触压力、温度、材料及润滑剂的种类等许多因素有关,是一种很复杂的摩擦机理。

2)工艺条件处理。工艺参数包括压边模具的运动速度、润滑条件、凹模圆角和拉延筋等,恰当地描述这些参数条件,使之接近真实的情况,才能得到合理的模拟结果。

3)材料模型和屈服准则的选择。有限元模拟的准确性很大程度上取决于本构关系能否反映材料的真实特性,考虑到对回弹、残余应力的预测,一般选择弹塑性模型,既有塑性又有弹性,比较符合汽车覆盖件成形的真实情况。而屈服准则一般选用Hill厚向异性屈服准则,它假设板料在面内各向同性,只有厚向异性,能比较准确模拟和预测起皱现象。

4)毛坯的形状和尺寸的确定。毛坯形状和尺寸影响着金属板料的流动情况,即影响成形缺陷的出现,可以用反向法来预测毛坯形状的尺寸,得到合理的毛坯,以减少缺陷的出现。

3 基于Dynaform的汽车覆盖件模具设计实例

以某汽车引擎罩零件(如图2所示)为例,用CAD/CAE协同设计进行拉延模设计,在Windows平

余料,提高材料的利用率。另外还会减

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