倪洪啟， 劉紅霞

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142)

基于Dynaform的通風(fēng)口座件的CAE分析

倪洪啟， 劉紅霞

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142)

介紹通風(fēng)口座零件沖壓成形分析的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).論述板料拉深有限元分析的步驟，通過(guò)應(yīng)用CAE分析軟件，即Dynaform對(duì)通風(fēng)口座件拉深成形進(jìn)行有限元分析，通過(guò)多次分析，找到比較合理的參數(shù)，為優(yōu)化沖壓工藝過(guò)程及結(jié)果分析提供有利的幫助.

通風(fēng)口座件； 沖壓成形； CAE； Dynaform

通風(fēng)口座件是180柴油機(jī)常用的零件，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)稱，是一個(gè)階梯形狀.若應(yīng)用一般的模具零件設(shè)計(jì)方法，需要重復(fù)試驗(yàn)，然后修理模型，反復(fù)過(guò)程將會(huì)耽誤零件的開(kāi)發(fā)進(jìn)度，浪費(fèi)研發(fā)成本.而應(yīng)用CAE分析，調(diào)整適當(dāng)?shù)膮?shù)，可以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間[1-2].

從20世紀(jì)末至今，伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展和有限元理論探索方法的不斷進(jìn)步，使用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的工藝分析的人越來(lái)越多，相應(yīng)的軟件也不斷地應(yīng)運(yùn)而生.板料成形CAE軟件的應(yīng)用在一步步的提高生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)者在初始階段可以利用軟件快速成形功能檢查自己的設(shè)計(jì)想法，而在后半階段，還可應(yīng)用CAE軟件中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳盡的零件成形模擬分析.幾個(gè)比較成功的板料成形CAE軟件已被國(guó)外推出，如Dynaform，AutoForm，DeForm等板材成形模擬軟件.這些軟件在我國(guó)很多行業(yè)已經(jīng)被采用.本文運(yùn)用Dynaform軟件對(duì)180型柴油機(jī)通風(fēng)口座零件的拉深進(jìn)行了有限元分析.

1 有限元分析步驟

1.1 零件模型的導(dǎo)入與網(wǎng)格劃分

將CAD軟件(Solidworks)中設(shè)計(jì)好的模具模型存為IGES文件格式，或直接在Dynaform的前處理器中建立模型，并保存為上述文件格式，然后將上述模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Dynaform軟件中.導(dǎo)入IGES文件的Dynaform三維模型如圖1所示.

圖1 導(dǎo)入的三維有限元模型

首先對(duì)坯料進(jìn)行網(wǎng)格劃分、設(shè)置，然后對(duì)模具的曲面進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分.通常情況，網(wǎng)格劃分的單元越小，結(jié)果就越貼近實(shí)際值，但網(wǎng)格劃分的單元小，計(jì)算量就會(huì)增大，計(jì)算時(shí)間也會(huì)加大；同理，網(wǎng)格劃分的尺寸大，雖然計(jì)算量下降了，但計(jì)算誤差就會(huì)加大，模型的特征不會(huì)很理想[3-4]，所以當(dāng)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行劃分大小時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選擇網(wǎng)格大小.坯料和模具曲面的網(wǎng)格劃分好后進(jìn)行網(wǎng)格檢查，檢查坯料和模具曲面是否有缺陷及網(wǎng)格的法向是否在同一個(gè)方向上，如果有缺陷需要重新劃分網(wǎng)格或者進(jìn)行修補(bǔ).圖2為劃分好的有限元網(wǎng)格模型，其中凸模有4 000 個(gè)單元，壓邊圈有9 940 個(gè)單元.

圖2 劃分網(wǎng)格后的有限元模型

1.2 確定沖壓方向

通常情況下，沖壓模擬過(guò)程中默認(rèn)Z軸為沖壓正方向，但是有的零件設(shè)計(jì)與Dynaform的設(shè)置不同，因此需要調(diào)整零件的沖壓方向.選擇界面中的DFE，然后點(diǎn)擊Preparation菜單，彈出DFE Preparation對(duì)話框，根據(jù)要求選擇合適的沖壓方向.本文采用Z軸為沖壓正方向，然后調(diào)整壓邊力的大小[5].

1.3 設(shè)置和提交結(jié)果

以上步驟完成后，點(diǎn)擊工具欄上的Setup選項(xiàng)，點(diǎn)擊Draw Die進(jìn)行快速設(shè)置.選用Double action拉深工藝，在Quick Setup/Draw中依次設(shè)置好凸模(Lower Tool)、壓邊圈(Binder)、毛坯(Blank).根據(jù)零件的實(shí)際情況設(shè)置模擬參數(shù)：凸模移動(dòng)速度3 000 mm/s，壓邊力16 000 N，材料08鋼，厚1.5 mm.設(shè)置完模擬參數(shù)后即可以進(jìn)行計(jì)算.

2 結(jié)果分析

所有設(shè)置、分析完成后，單擊工具條上的PostProcess，打開(kāi)后，單擊d3plot文件，出現(xiàn)后處理界面，運(yùn)用此界面點(diǎn)擊需要的菜單按鈕就可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià).圖3為壓邊力為16 000 N的拉深極限圖；圖4為壓邊力為16 000 N的通風(fēng)口座件厚度分布圖.

從圖3的FLD可知，通風(fēng)口座件小區(qū)域在安全區(qū)里拉深不足、起皺，但大部分是安全的，還可以繼續(xù)拉深，這些不影響模擬分析.其中，零件的部分單元有起皺的趨勢(shì).壓邊圈雖然起皺很嚴(yán)重，但不影響結(jié)果，最終要切除掉.零件最低處有斷裂的形式，這一部分需要重點(diǎn)考慮，也就是圖4的最薄處.所以需要反復(fù)進(jìn)行數(shù)值調(diào)整，找到最好的壓邊力.

圖3 拉深極限圖

圖4 厚度分布圖

通過(guò)模擬結(jié)果及板料形狀變化的特點(diǎn)，作如下改變：其他條件都不變，只改變壓邊力的大小，將其壓邊力設(shè)置為10 000 N.

當(dāng)壓邊力設(shè)置為10 000 N時(shí)，再進(jìn)行以上操作，最終得到了想要的結(jié)果，如圖5所示.按照修改后的要求，拉伸零件沒(méi)有破裂等缺陷，零件大部分處于安全區(qū)域，拉深程度比較合理，起皺只出現(xiàn)在零件不重要的地方，即壓邊圈上.而壓邊圈在修邊工序中要切掉，從而不影響零件的最后要求，所以該結(jié)構(gòu)能確保通風(fēng)口座件拉深成形.由此看出，壓邊力的大小與起皺和破裂有著十分緊密的聯(lián)系.通過(guò)應(yīng)用Dynaform分析軟件的分析結(jié)果，對(duì)通風(fēng)口座的拉伸模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠符合相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求.

圖5 優(yōu)化后的零件極限圖

3 結(jié) 論

本文主要是對(duì)通風(fēng)口座件進(jìn)行拉深成形分析，可以比較直觀地分析沖壓拉深的過(guò)程和結(jié)果.由于有限元分析比較復(fù)雜，需要反復(fù)調(diào)試模擬參數(shù)，進(jìn)而找到比較合理的參數(shù)，這樣不僅為以后工作提供了便利，還可以降低工廠的生產(chǎn)成本，在很大程度上對(duì)沖壓模具和工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，新工件模具的開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短.

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Abstract: This paper introduced the vents parts stamping analysis of the structure characteristics and the progression of the CAE and discussed the main steps of sheet metal deep drawing stamping.Through the application of CAE analysis software,namely the Dynaforrm software,finite element analysis was carried out on the vent tower a deep drawing.The reasonable parameters were found out through continuous analysis,which is help for the optimization of stamping process and results.

Keywords: vent a piece; stamping; CAE; Dynaform

CAEAnalysisBasedonDynaformVents

NI Hong-qi, LIU Hong-xia

(Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, China)

10.3969/j.issn.2095-2198.2017.03.012

TG386.3+2

A

2015-05-05

倪洪啟(1967-)，男，山東臨朐人，副教授，博士，主要從事CAD/CAE及材料加工數(shù)值模擬的教學(xué)和研究工作.

2095-2198(2017)03-0254-03