喻 忠
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基于DynaForm沖壓件成形性分析
喻 忠
(江鈴控股有限公司,江西 南昌 330000)
運(yùn)用沖壓件成形分析軟件DynaForm,對(duì)在CATIA環(huán)境下建立的某汽車副車架沖壓件三維數(shù)模進(jìn)行CAE仿真分析。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的查看,對(duì)可能出現(xiàn)的成形缺陷進(jìn)行預(yù)判,并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化,以便在設(shè)計(jì)之初能夠解決后期工藝上的一些問題。為產(chǎn)品開發(fā)節(jié)省時(shí)間,節(jié)約企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的成本。
DynaForm;胚料工程(BSE);副車架沖壓件;沖壓件CAE工藝性分析
汽車在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位非常重要,它是評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的標(biāo)志之一。沖壓件是汽車的重要組成部分,它占整個(gè)汽車零部件的65%以上,因此,當(dāng)前對(duì)沖壓件的研發(fā)已成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。
隨著最近十多年有限元技術(shù)的不斷完善,與相適應(yīng)的是一些專用沖壓仿真軟件,如AUTOFORM、FORMSYS以及DYNAFORM等的出現(xiàn),板料沖壓成形CAE分析已逐漸地貫穿到汽車沖壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖模設(shè)計(jì)、調(diào)試直至投產(chǎn)的整個(gè)過程中,利用CAE分析軟件進(jìn)行成形工藝分析,在設(shè)計(jì)之初了解沖壓件的成形工藝性,為后面生產(chǎn)制造縮短開發(fā)周期及減少成本。本文采用DynaForm軟件為平臺(tái),介紹如何應(yīng)用軟件的胚料工程(BSE)模塊在短時(shí)間內(nèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可行性分析,并在求解后給出產(chǎn)品的成形性報(bào)告,縮短了計(jì)算時(shí)間。此外,BSE還可以用來快速及精確預(yù)測(cè)毛坯的尺寸和幫助改善毛坯外形。
DynaForm是由美國(guó)ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開發(fā)的用于板料成形CAE分析專用軟件,能夠很好地輔助專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析。DynaForm的網(wǎng)格自動(dòng)劃分與自動(dòng)修補(bǔ)功能強(qiáng)大,用最少的單元最大程度地逼近模具型面。初始板料網(wǎng)格自動(dòng)生成器,可以根據(jù)模具最小圓角尺寸自動(dòng)確定最佳的板料網(wǎng)格尺寸,并盡量采用四邊形單元,以確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。尤其適合復(fù)雜的深拉延和拉伸成形。
而且DynaForm的結(jié)果觀察十分直觀,可查看板料減薄率及成形極限圖(FLD)等情況。
以汽車副車架沖壓件為研究對(duì)象,利用CATIA對(duì)其進(jìn)行三維建模,圖1為其三維數(shù)據(jù)模型,材料為汽車副車架常用材料SAPH440,料厚為2.2mm,尺寸約為920mm×560mm×80mm,外形不規(guī)則,以拉伸為主要成形方式,整個(gè)零件要求精度比較高。
圖1
該副車架沖壓件經(jīng)過拉延、切邊沖孔、翻邊整形、沖側(cè)孔等成型工序,其中以拉延為主,其成形品質(zhì)影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。
1.3.1 模型導(dǎo)入與中間面定義
本例通過與CAE軟件通用的IGES數(shù)據(jù)接口將其導(dǎo)入DynaForm中,將毛坯零件層設(shè)為當(dāng)前零件層,選擇UserSetup→Preparation→Surf→Genarate Middle Surface再選擇導(dǎo)入的零件層,自動(dòng)生成零件中間層。
圖2
1.3.2 網(wǎng)格劃分與分析過程
由于本文是初步分析產(chǎn)品的工藝可行性及材料的利用率等情況,顧采用DynaForm中的BSE模塊中一步法求解(MSTEP)來完成分析。選擇BSE→Preparation→New BSE Project定義單位及零件材料,確定后進(jìn)入BSE→Mesh→Add…to part中,完成對(duì)sheet件的定義,再對(duì)零件層sheet進(jìn)行網(wǎng)格劃分,設(shè)置網(wǎng)格最大尺寸為3mm,最小尺寸0.5mm,劃分網(wǎng)格后如圖2所示。
圖3
圖4
劃分網(wǎng)格后進(jìn)入MSTEP并完成了sheet的定義如圖3,單擊Run,生成沖壓件的展開圖如圖4。單擊Formability Report后選擇Thickness Strain 和FLD后再單擊Apply,通過求解器仿真分析可以得到材料成形后減薄率及成形極限圖。
對(duì)于副車架沖壓件拉延工藝分析來說,是否出現(xiàn)拉裂以及起皺是對(duì)其結(jié)構(gòu)分析最重要的兩項(xiàng)指標(biāo),DynaForm可以分析材料成形后的應(yīng)變及厚度變化情況,通過成形結(jié)果的查看,即可幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)于成形是否成功作出準(zhǔn)確地判斷。
雖然有些工件在成形時(shí)沒出現(xiàn)破裂,但結(jié)果在成形時(shí)出現(xiàn)過度減薄的情況也是不允許的,因?yàn)檫^度減薄的工件在使用時(shí)很容易出現(xiàn)裂紋,從而導(dǎo)致破裂失效。對(duì)于板料而言,一般認(rèn)為減薄率在20%以內(nèi)都是可行的。減薄率如圖5所示,該沖壓件上的數(shù)字為本次模擬材料的變化尺寸,其大部分減薄率不超過15%,最大減薄值約為14.8%,全部位于安全范圍內(nèi),所以本次成形是成功的。
圖5
FLD圖全面地反應(yīng)了副車架沖壓件模擬在復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變情況下的拉裂、起皺等各項(xiàng)失穩(wěn)狀況,通過FLD圖能很快地發(fā)現(xiàn)材料在成形過程中的各項(xiàng)缺陷,并采取相應(yīng)的措施,改變其成形狀況,避免缺陷的出現(xiàn),提高副車架沖壓件的成形性能。
圖6中的成形極限圖中每一點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)代表每一單元的最大和最小主應(yīng)變(Major strain),其中紅色曲線以上為破裂曲線,從圖中左上角的極限圖看到零件的成形效果較好,所有點(diǎn)的分別都在安全區(qū)域內(nèi),沒有破裂的出現(xiàn)。
圖6
由于本零件在拉延之后還有沖孔、翻邊整形等工序,且絕大部分處于安全區(qū)域,所以本次模擬是成功的。
本文以DynaForm軟件為平臺(tái),利用BSE模塊為例,以汽車副車架沖壓件拉延成形為例,探討其整個(gè)成型性工藝分析,得出是否出現(xiàn)拉裂及起皺的兩項(xiàng)指標(biāo),最后從得到的成形極限FLD圖證明:基于DynaForm分析的求解結(jié)果與該零件的實(shí)際沖壓成形結(jié)果相符,實(shí)現(xiàn)了副車架沖壓件設(shè)計(jì)優(yōu)化,可幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)沖壓件成形是否成功作出準(zhǔn)確地判斷,驗(yàn)證了所得方法的正確性和實(shí)用性。
但由于現(xiàn)實(shí)中的生產(chǎn)情況非常復(fù)雜,到目前為止,有限元數(shù)值分析還不能完全代替實(shí)際試驗(yàn),但隨著計(jì)算機(jī)和有限元應(yīng)用的進(jìn)一步深入,數(shù)值仿真分析將完全可以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
[1] 龔紅英,劉克素,董萬鵬等,金屬塑性成形CAE應(yīng)用-DYNAFORM [M],北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016.
[2] 余志生,汽車?yán)碚摚ǖ?版)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988.
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Formability analysis based on DynaForm stampings
Yu Zhong
( Jiangling Holdings Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330000 )
Using the stamping part forming analysis software DynaForm, the CAE simulation analysis of the three-dimen -sional digital model of a car sub-frame stamping part established in CATIA environment is carried out. Through the review of the calculation results, the possible forming defects are pre-judgized and appropriately optimized so that some problems in the post-process can be solved at the beginning of the design. Save time for product development and save the cost of developing new products.
DynaForm; billet engineering (BSE); sub-frame stampings; stamping parts CAE process analysis
U463.9
B
1671-7988(2018)21-91-03
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1671-7988(2018)21-91-03
喻忠(1976-),男,江西南昌,汽車工程師。研究方向:汽車底盤系統(tǒng)開發(fā)。
10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.032