趙博寧

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545616）

0 引言

沖壓成型產(chǎn)品的質(zhì)量與初始毛坯形狀和尺寸有很大的關(guān)系。若毛坯尺寸或者形狀選擇不合適時(shí)，產(chǎn)品極易出現(xiàn)起皺、開裂等缺陷，有的可能成型都不可能。本文所涉及的汽車消聲器法蘭主要采用沖壓工序有落料、翻邊，此零件成型的最大難點(diǎn)是翻邊后不再采用切邊工序來保證零件尺寸，意味著翻邊將是其最后一道工序，那么前面的決定零件外形尺寸的落料工序尤為重要。傳統(tǒng)的確定毛坯外形尺寸主要是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)估算，然后通過不斷的工藝驗(yàn)證而確定的，雖然這種經(jīng)驗(yàn)估算法最終達(dá)到生產(chǎn)要求，但是這種方法不僅使模具生產(chǎn)制造周期增長和生產(chǎn)成本高，結(jié)果也不準(zhǔn)確。隨著各種有限元軟件的出現(xiàn)，Dynaform軟件作為一種高效的輔助軟件，被應(yīng)用于沖壓生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中，簡化了制件毛坯的計(jì)算過程，提高了沖壓件的毛坯計(jì)算準(zhǔn)確度，縮短了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本[1]。

1 Dynaform軟件概述

Dynaform軟件是應(yīng)用比較廣泛的一款軟件，它不僅可以用于毛坯尺寸、排樣和材料利用率的計(jì)算，而且用于模擬沖壓成形質(zhì)量，可以分析成型過程中出現(xiàn)的沖壓缺陷，對(duì)板料的成形性能進(jìn)行評(píng)估，為沖壓件的沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)提供了很大幫助。其中的Blank Size Engineering（BSE）模塊可以直接計(jì)算出毛坯的輪廓線，對(duì)毛坯形狀尺寸計(jì)算非常有利。Dynaform軟件主要包括三大部分：Dynaform前處理器，Ls-Dyna有限元求解部分，Dynaform后處理器。Dynaform軟件毛坯尺寸計(jì)算和排樣具體的步驟為：三維建?！Ｐ蛯?dǎo)入Dynaform軟件→有限元網(wǎng)格劃分→設(shè)置材料以及厚度→計(jì)算毛坯外形尺寸→添加毛坯輪廓線→設(shè)置排樣的搭邊值，件間距等→得出排樣圖和材料利用率[2]。具體的步驟如圖1所示。

圖1 Dynaform沖壓件展開及排樣流程

2 計(jì)算汽車消聲器連結(jié)法蘭盤毛坯外形尺寸

汽車消聲器連結(jié)法蘭盤成型主要用的工序有落料、沖孔、翻邊和翻孔工序。翻孔部位在于零件的中心位置，它對(duì)于毛坯的外形尺寸影響不大，毛坯的外形尺寸和輪廓主要是由翻邊部位決定的。翻邊主要部位在外緣部分，翻邊角度為90°，翻邊線主要是圓弧和直線組成，中間段可以看作是曲線翻邊，兩端是直線翻邊，但是目前沒有關(guān)于組合曲線的統(tǒng)一計(jì)算方法，因此采用Dynaform軟件對(duì)其展開計(jì)算。

2.1 三維建模

無論什么軟件計(jì)算外形尺寸，都是首先建立三維模型，然后將建立的三維模型導(dǎo)入軟件并建立有限元模型，進(jìn)行有限元分析和仿真結(jié)果分析。本文通過UG NX繪制法蘭盤的三維模型，結(jié)果如圖2所示。通常零件毛坯尺寸取其中性面來計(jì)算此零件翻邊部分相對(duì)簡單，中性層容易確定。利用UG軟件抽取零件的中性層，抽取的中性面面積為7149.1887 mm2，然后將零件中性層曲面模型以igs文件保存。

圖2 消聲器連接法蘭零件

2.2 導(dǎo)入Dyanform軟件并進(jìn)行網(wǎng)格劃分

將2.1創(chuàng)建的中性面以igs文件格式導(dǎo)入DYNAFOR軟件，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用MSTEP MESH網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格最大尺寸為2 mm，最小尺寸為0.5 mm，創(chuàng)建的有限元網(wǎng)格如圖3所示。

圖3 有限元網(wǎng)格劃分

2.3 網(wǎng)格檢查、網(wǎng)格修補(bǔ)、法向檢查、邊界檢查和內(nèi)部孔填補(bǔ)

對(duì)2.2創(chuàng)建的有限元網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格檢查，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格完好，并不需要修補(bǔ)。邊界檢查后有4個(gè)邊界，如圖4所示，其中沖孔的兩個(gè)孔邊界不需要，所以進(jìn)行孔修補(bǔ)，修補(bǔ)后如圖4所示，再次檢查邊界。

圖4 孔填補(bǔ)

2.4 設(shè)置相關(guān)參數(shù)

設(shè)置零件的材料為SPHE材料，選擇36號(hào)模型，其抗拉強(qiáng)度≥270 MPa，彈性模量為2.07×105 GPa，松泊比為 0.28，密度為 7 850 kg·m-3。

圖5 獲得的坯料輪廓線

2.5 毛坯外形尺寸計(jì)算

利用Bank Size Engineering（BSE）模塊下的預(yù)處理功能設(shè)置求解計(jì)算結(jié)果和生成報(bào)告，結(jié)果如圖5所示。

3 排樣

對(duì)于Dynaform軟件，在搭邊值不變的前提下，裁剪的條料寬度不定的情況下，可以安排不同角度的角度排樣，對(duì)比計(jì)算結(jié)果，選出理想的排樣結(jié)果。為了更好地觀察角度對(duì)材料利用率的影響，根據(jù)零件的外形及材料性質(zhì)查模具設(shè)計(jì)手冊(cè)得到搭邊值工件間為1.8 mm，搭邊值為2.2 mm[3]，布置方式考慮到模具結(jié)構(gòu)采用單排，并設(shè)置了4種傾斜角度（0°，30°，60°，90°（見圖 6-圖 9））的排樣方式。

圖60 °排樣圖

圖730 °排樣圖

圖860 °排樣圖

圖990 °排樣圖

從上面的分析可以得出，當(dāng)角度為90°時(shí)材料的利用率最高（72.478%）。但是再生產(chǎn)中為了方便條料的裁剪，一般都是設(shè)置為整數(shù)，因此當(dāng)角度為90°時(shí)，設(shè)置條料的裁剪寬度為100 mm，如圖10所示，再將Dynaform軟件中設(shè)置條料寬度為100 mm，角度為90°時(shí)重新計(jì)算利用率是69.78%。角度為0°時(shí)，設(shè)置條料的裁剪寬度為125 mm，再將Dynaform軟件中設(shè)置條料寬度為125 mm，角度為0°時(shí)重新計(jì)算利用率是69.93%。選擇材料利用率作為最后的排樣結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖1090 °寬100mm排樣圖

圖110 °寬125mm排樣圖

4 結(jié)論

本文采用Dynaform軟件計(jì)算消聲器法蘭盤的毛坯的形狀和尺寸，并對(duì)其進(jìn)行排樣優(yōu)化。用Dynaform軟件估算毛坯的形狀尺寸，可以更好地定義毛坯，使定義的毛坯與實(shí)際接近，提高模擬的精度，給模具設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)提供重要的參考[4]。利用Dynaform軟件計(jì)算的汽車消聲器法蘭毛坯外形尺寸，相比傳統(tǒng)的計(jì)算方法，提高了計(jì)算速度和準(zhǔn)確度，并將其在生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。當(dāng)搭邊值和件邊距給定的前提下，不同的傾斜角度，材料的利用率不一樣，采用Dynaform軟件計(jì)算不同的傾斜角度的材料利用率，簡潔方便，最終得出當(dāng)傾斜角度為為0°時(shí)，條料寬度125 mm時(shí)，材料的利用率最高。