呂淑艷，孫朝暉

（1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料成型技術(shù)系，內(nèi)蒙古 包頭 014035；2.包頭北奔重型汽車有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014032）

基于CAE技術(shù)的沖壓件工藝性分析

呂淑艷1，孫朝暉2

（1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料成型技術(shù)系，內(nèi)蒙古 包頭 014035；2.包頭北奔重型汽車有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014032）

介紹了基于CAE技術(shù)的沖壓工藝性分析。結(jié)合汽車零件的設(shè)計(jì)實(shí)例，闡述了利用CAE技術(shù)分析沖壓工藝性的方法。提高了模具設(shè)計(jì)、制造效率，為同類零件的設(shè)計(jì)提供了借鑒。

機(jī)械制造；沖壓工藝性；CAE；模具設(shè)計(jì)

1 引言

在汽車零件沖壓模具開發(fā)過(guò)程中，零件沖壓工藝性的分析和工藝方案的制定至關(guān)重要，將直接影響到后序模具的加工和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間以及最終模具的試模次數(shù)。沖壓件的工藝性是指沖壓件生產(chǎn)加工的難易程度。沖壓件的加工工序很多，每個(gè)工序的工藝性又各不相同，即使是同一個(gè)零件，不同的生產(chǎn)廠家、不同的設(shè)計(jì)人員，其工藝設(shè)計(jì)也不盡相同。因此，在滿足使用要求的前提下，零件設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，以便節(jié)省原材料，減少?zèng)_壓工序和模具套數(shù)，提高模具使用壽命，最終使零件成本降到最低[1]。

2 CAE技術(shù)

CAE是采用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題的一種近似數(shù)值分析方法[2-5]。目前主流的沖壓CAE軟件主要有：ESI公司的 PAMSTAMP、ETA公司的DYNAFORM和AUTOFORM公司的AUTOFORM。三款軟件各有特色。

3 沖壓件工藝性分析

沖壓件工藝性分析一般包含以下幾方面：材料選擇，沖壓方向優(yōu)化，修邊合理性分析，零件排料分析和沖孔的優(yōu)化分析等。

3.1 材料選擇

圖1 更換材料前后變薄量對(duì)比（a）DC04材料，最大變薄量44%（b）DC06材料，最大變薄量26%

制件材料的選擇大多根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和零件自身的性能要求。選擇合理的材料不但會(huì)減少?zèng)_壓工藝設(shè)計(jì)和模具制造的時(shí)間，而且可以保證零件的各方面性能。一旦需要更換材料，將導(dǎo)致和材料有關(guān)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果必須重新計(jì)算，所以說(shuō)正確選擇制件的材料至關(guān)重要。

有些零件受搭接關(guān)系及零件特征限制，無(wú)法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更改，而其材質(zhì)又無(wú)法滿足成形工藝要求。因此，只能通過(guò)改善材質(zhì)解決材料成形性問(wèn)題。如圖1所示，更換材料后零件成形性得到改善。

3.2 沖壓方向優(yōu)化

由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的疏忽，使產(chǎn)品某些區(qū)域在拉延工序沖壓方向下出現(xiàn)負(fù)角，在負(fù)角的區(qū)域，零件是無(wú)法成形的，而且在模具結(jié)構(gòu)中也同樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)。拉延負(fù)角的消除措施主要是：在拉延工序沖壓方向基本確定的情況下，按照沖壓方向，將零件出現(xiàn)負(fù)角區(qū)域的型面進(jìn)行調(diào)整，直至最后消除負(fù)角，零件滿足模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求為止。如圖2所示，對(duì)零件的沖壓角度進(jìn)行了自動(dòng)檢查，在不影響零件使用要求情況下，對(duì)零件的型面進(jìn)行了處理，最后消除了負(fù)角的區(qū)域。

3.3 修邊合理性分析

對(duì)于零件最初的邊界確定，設(shè)計(jì)者更多考慮的是邊界的光順性，但在某些情況下這樣的邊界反而導(dǎo)致修邊時(shí)模具的刃口太弱，甚至無(wú)法修邊。此類缺陷主要的解決方法是對(duì)產(chǎn)品邊界的形狀進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚沽慵罱K滿足修邊要求。如圖3所示。

圖2 拉深負(fù)角問(wèn)題的改進(jìn)

3.4 零件排料分析

在零件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)零件自身功能要求和零件輕量化設(shè)計(jì)的需要，經(jīng)常需在零件的某些區(qū)域增加工藝缺口。但工藝缺口的尺寸和位置設(shè)計(jì)很重要，否則很容易導(dǎo)致零件修邊時(shí)排料困難，甚至出現(xiàn)卡料現(xiàn)象。解決這類缺陷的方法通常是去除工藝缺口或者適當(dāng)修改工藝缺口的形狀。如圖4所示。3.5 沖孔的優(yōu)化分析

沖孔是沖壓工序中的重要內(nèi)容，沖孔質(zhì)量影響整個(gè)零件的裝配質(zhì)量，也影響沖壓模具的制造成本。因此在進(jìn)行沖孔分析的時(shí)候，盡量能優(yōu)化產(chǎn)品沖孔角度及沖孔位置，降低制造難度和制造成本。沖孔優(yōu)化分析包括孔到邊緣的安全距離分析，沖孔間距離分析，沖孔角度分析等方面。

圖3 修邊困難問(wèn)題的改進(jìn)

圖4 排料困難問(wèn)題的改進(jìn)

如圖5所示，原產(chǎn)品設(shè)計(jì)在斜面上沖孔，沖孔角度20°。雖然沖壓模具可以實(shí)現(xiàn)，但必須采用斜楔機(jī)構(gòu)沖孔，成本高還可能增加工序?；谏鲜龉に嚳紤]，將斜面上的沖孔改造成平臺(tái)上沖孔。這樣既有利于沖孔的精度又能降低模具的制造成本。

圖5 斜面沖孔問(wèn)題的改進(jìn)

4 總結(jié)

本文以汽車零件為研究對(duì)象，總結(jié)了零件設(shè)計(jì)階段存在的工藝性缺陷。針對(duì)不同的缺陷形式，提出了合理的改進(jìn)方案，提高了零件設(shè)計(jì)和模具制造的能力，為今后零件的開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 王孝培.實(shí)用沖壓技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2] 羅亞軍,楊 曦,何丹農(nóng)，等.板料成形中的有限元數(shù)值模擬技術(shù)[J].金屬成形工藝，2000，18（6）：1-3.

[3] 胡 平，張向奎，郭 威，等.沖壓件成形數(shù)字化快速設(shè)計(jì)、分析與制造CAE仿真系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)[A].中國(guó)科學(xué)院科學(xué)論壇第二十三次學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)議，2006.

[4] 方 剛，雷麗萍，曾 攀.基于有限元分析的汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)[J].模具工業(yè)，2002，25（6）.

[5] 林忠欽，李淑慧，于忠奇.車身覆蓋件沖壓成形仿真[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

Analysis of punching process based on CAE technology

LV Shuyan1,SUN Zhaohui2
（1.Material Forming Technology Department,Baotou Vocational&Technical College,Baotou 014035,Inner Mongolia China;2.Baotou Beiben Heavy Truck Co.,Ltd.,Baotou 014032,Inner Mongolia China）

The analysis of punching process based on CAE technology has been introduced in the text.Taking the auto parts as an example,the method to analyze the punching process based on CAE Technology has been expounded.The design and manufacture efficiency of the tool have been improved,which provides the reference of the design for the same kind of parts.

Punching process;CAE;Die design

TG386.3

A

1672－0121（2012）02－0068－02

2011-12-07

呂淑艷（1976-），女，講師，從事模具設(shè)計(jì)與制造教學(xué)科研