張玉平，韋光珍，周玉蓉

ZHANG Yu-ping, WEI Guang-zhen, ZHOU Yu-rong

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，重慶 400050）

一步模擬法在覆蓋件成形數(shù)字模擬中的應(yīng)用

One-step simulation in the panel forming digital simulation

張玉平，韋光珍，周玉蓉

ZHANG Yu-ping, WEI Guang-zhen, ZHOU Yu-rong

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，重慶 400050）

針對板料成形過程中的修邊線問題，提出了一步成形模擬算法。采用板料三維成形分析軟件DYNAFORM中的一步模擬算法，只考慮最終工件的形狀，對某覆蓋件產(chǎn)品模擬分析，獲得了坯料輪廓曲線和修邊線，指導了模具設(shè)計，節(jié)省了修模時間，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品?？朔诵捱吘€尺寸和形狀難以確定的難題。

一步模擬法；坯料輪廓曲線；修邊線

0 引言

CAD和CAE技術(shù)的發(fā)展對沖壓件的設(shè)計和分析提供了很大的幫助，但基于增量理論的模擬軟件，在目前硬件平臺上運行時間非?？捎^。所以，在初始設(shè)計階段，我們希望有一個工具在已知工件的形狀和平板毛坯的厚度的情況下，能快速估計工件的厚度變化和應(yīng)變分布，并且能夠分析成形過程中不同因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。直接簡單地根據(jù)產(chǎn)品或工件的幾何形狀來預測板料的變形具有比較大的實用意義，但是目前這方面的研究工作還比較少。這里研究了有限元逆算法(亦稱一步成形模擬方法)，以滿足這種要求。

1 一步成形模擬法

1.1 一步成形模擬法作如下假設(shè)[1～3]

1）平面應(yīng)力狀態(tài)，只考慮板料變形過程中的薄膜應(yīng)變效應(yīng)，不考慮板料的彎曲效應(yīng)。

2）彈塑性大變形，材料不可壓縮。

3）變形過程是比例加載的，基于塑性形變理論即全量理論來分析變形。

4）材料等向強化或非等向強化準則；

5）沖頭，拉伸筋，壓邊圈對板料的作用表現(xiàn)為非均勻的沖頭法向壓力，沖和壓邊圈，拉伸筋下的摩擦力。

6）采用對數(shù)應(yīng)變來描述應(yīng)變。

1.2 板料質(zhì)點運動方程與幾何關(guān)系[2,3]

假設(shè)板料變形滿足Kirchhoff薄板理論。初使坯料狀態(tài)為 ，最終沖壓件狀態(tài)為C，則在兩構(gòu)形間板內(nèi)任意點 的運動方程為：

式中，x0和x是點P在C0和C狀態(tài)的坐標向量；n0和n是點P在C0和C狀態(tài)時的單位法向量；h0和h是點P在C0和C狀態(tài)時的板厚；u是點P所在板中性面處的位移向量；z 是板法向坐標值。

x0和x滿足如下變換關(guān)系

式中，F(xiàn)是變形梯度張量。

因此Cauchy-Green 張量B為

2 工業(yè)應(yīng)用實例

為了驗證本算法的有效性，本文選取以下實際生產(chǎn)的汽車覆蓋件產(chǎn)品用dynaform分析軟件的一步成形模擬方法進行分析。零件數(shù)模如圖1所示，取凸模部分劃分網(wǎng)格，劃分成3408個節(jié)點，2621個四邊形單元和624個三角形單元。材料參數(shù)均為：毛坯厚度H=0.8mm，各項異性指數(shù)γ=1，最大迭代步數(shù)為200，摩擦系數(shù)為0.125[3,4]。

圖1 零件三維模型

圖2 坯料初始輪廓曲線

圖3 零件修邊線

通過一步模擬法模擬出零件展開尺寸，如圖中的曲線，接著將零件展開曲線向外偏置25～30mm，通過簡化優(yōu)化得到坯料初始輪廓曲線如圖2所示；同樣方法，展開零件修邊線如圖3白色線所示[4]。

最后得到了質(zhì)量合格的產(chǎn)品，如圖4所示。

圖4 試模所得零件照片

3 結(jié)論

通過采用DYNAFORM分析軟件對所選覆蓋件產(chǎn)品進行一步法模擬分析，并經(jīng)過實際生產(chǎn)可得如下結(jié)論：

1）獲得坯料初始輪廓曲線，再將優(yōu)化的坯料輪廓曲線導入零件數(shù)模中，節(jié)省了零件進一步成形模擬分析的時間，可以更好地指導模具設(shè)計。

2）獲得準確的修邊線，打破傳統(tǒng)的覆蓋件模具制造中為得到所需翻邊高度要反復修正修邊模輪廓的方式，節(jié)省了成本，提高了效率。

[1] 蔣有諒.非線性有限元法[M].北京工業(yè)學院出版社,1998.

[2] S Y Chung and HW Swift.A theory of tube sinking[J].J.Iron Steel Inst. 170,1952,29.

[3] 李景湧. 有限元法[M].北京郵電大學出版社,2000

[4] 崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2003.

TP274

A

1009-0134(2010)10(下)-0044-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).14

2010-06-25

張玉平（1980 -），女，講師，碩士研究生，研究方向為模具設(shè)計及模具CAD/CAE/CAM。