【正文】 的主要工作有通過(guò) UG對(duì)汽車(chē)車(chē)門(mén)進(jìn)行拉延模具的設(shè)計(jì)，再根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定合理的成形工序，采用Dynaform 軟件對(duì)拉深成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，查看模擬結(jié)果中的板料流入量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證與分析后，重新設(shè)定相關(guān)系數(shù)，找到最合適的參數(shù)設(shè)置。CAE 數(shù)值分析仿真結(jié)果也十分準(zhǔn)確，在中國(guó)仿真率達(dá)到 97%，在國(guó)外達(dá)到 100%，它的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的井噴式發(fā)展，傳統(tǒng)覆蓋件模具的制造方式越來(lái)越不適應(yīng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的需求，嚴(yán)重阻礙汽車(chē)產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展模式。開(kāi)裂、起皺和回彈等是在板料成形過(guò)程中常見(jiàn)的三種質(zhì)量缺陷，也是金屬板材拉延成形最關(guān)心的問(wèn)題 [7][8]。在常用的UG、Catia 等三維軟件里建立其工藝數(shù)模速度慢、工藝合理性很難保證，在Autoform、Dynaform 等板料成形仿真軟件有幾何構(gòu)型模塊，具有快速生成較合理的工藝補(bǔ)充面功能，可以迅速造出凸模、凹模、壓邊圈、余肉等 [8]。 4）板料成形性能的評(píng)價(jià)金屬板料成形性能是評(píng)價(jià)汽車(chē)覆蓋件沖壓產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，其成形質(zhì)量涉及沖壓成形板料是否有開(kāi)裂，起皺高度是否在公差許用范圍內(nèi)，回彈量和剛度是否滿足精度要求。本課題選題的目的就是如何找到合理的最佳工藝參數(shù)組合，通過(guò)優(yōu)化 CAE 數(shù)值模擬分析參數(shù)，從而達(dá)到減少現(xiàn)場(chǎng)整改次數(shù)，降低生產(chǎn)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，推動(dòng)整車(chē)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。即使是大型復(fù)雜制件，經(jīng)工業(yè)實(shí)踐證實(shí)是可行和可靠的。 在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題。（1）用 3D 軟件（如 UG、PRO/E 等）建立零件并導(dǎo)出 iges 文件。上世紀(jì)七十年代，馬薩爾教授和王首次提出了彈性有限元的格式，后來(lái)日本學(xué)者山田嘉昭推導(dǎo)出了材料小變形問(wèn)題的彈塑性矩陣的顯示表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，人們又陸續(xù)研究了任意形狀材質(zhì)的拉深、非對(duì)稱沖壓模具的沖壓成形等問(wèn)題。數(shù)值模擬技術(shù)的深入研究和廣泛應(yīng)用，為金屬板料沖壓的模具產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了翻天覆地的變化，使板料成形缺陷由憑靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷的不可預(yù)知變成了可提前預(yù)測(cè)。增量法實(shí)質(zhì)上是用一系列線性問(wèn)題去近似模擬非線性問(wèn)題，即采用分段線性的折線來(lái)代替非線性變化的曲線。其中 Barlat 屈服函數(shù)可以較好的對(duì)正交異性材料的各向異性塑性狀態(tài)進(jìn)行描述，且其屈服函數(shù)所反映的應(yīng)力/應(yīng)變響應(yīng)與多晶體塑性力學(xué)中的結(jié)果是相符的，因此 Barlat 屈服準(zhǔn)則的精度比其它屈服準(zhǔn)則的精度更高一些。 表示共轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)系 軸的單位向量，其表達(dá)式如下：3?ez? 圖 22 BT 單元局部共轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 （218）3?se? （219）421r? （220）33ss??定義單位向量 為 軸的單位向量1?ex （221）1s （222）32?)(er???定義 軸的單位向量為y? （223）132?e? 在共轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，全局坐標(biāo)和單元局部坐標(biāo)之間的變換關(guān)系矩陣是由 這)?,(321e個(gè)三元向量在全局坐標(biāo)系中的分量構(gòu)成。其中動(dòng)力顯示格式最適合用于車(chē)身覆蓋件沖壓成形的有限元分析 [4547]。創(chuàng)建零件層后，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)新建的零件層為當(dāng)前工作的零件層。① 檢查重疊單元選擇模型檢查中的重疊單元選項(xiàng)，軟件會(huì)自動(dòng)檢查和統(tǒng)計(jì)重疊單元，檢查結(jié)束后，彈出對(duì)話框是否“ 將失敗的單元添加到新的零件層中” ，選擇“是”。關(guān)閉“原始零件層 ”選項(xiàng)，參數(shù)設(shè)定可以采用默認(rèn)值，單擊選擇曲面如圖 35，選擇要?jiǎng)澐值那婧?，單擊?yīng)用按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)劃分出網(wǎng)格，單擊“是” 接受劃分的網(wǎng)格。第 3 章 基于 Dynaform 模面前處理與參數(shù)設(shè)置19 / 70 模面前處理 Dynaform 初步處理先從 UG 中打開(kāi)汽車(chē)車(chē)門(mén)的三維模型圖，在圖層中關(guān)閉含有多余的結(jié)構(gòu)、標(biāo)注尺寸等的圖層，僅需保留需要進(jìn)行模擬的內(nèi)板結(jié)構(gòu)。因此（234 ）式可記為0det? （243）?????B?它是應(yīng)變速率與節(jié)點(diǎn)速度之間的變換關(guān)系，其中 （244）?Tyzxyx???? （245）??z????為應(yīng)變速率節(jié)點(diǎn)速度矩陣，是一個(gè) 的矩陣。汽車(chē)覆蓋件自身具有的特點(diǎn)決定了沖壓成形有限元仿真的較優(yōu)選擇是殼單元，其擁有令人比較滿意的計(jì)算精度和計(jì)算效率。在汽車(chē)覆蓋件拉延成形中，為了方便描述金屬板材任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置隨時(shí)間的變化狀況，本課題選擇了兩個(gè)固定重合的坐標(biāo)系。該過(guò)程不但使得金屬板料在拉深和拉延的復(fù)雜應(yīng)力作用下發(fā)生塑性流動(dòng)、塑性強(qiáng)化，而且會(huì)引起金屬板料的起皺、開(kāi)裂和回彈等問(wèn)題 [9]。通常情況下，可以用兩種不同的表達(dá)方示來(lái)建立有限元函數(shù)式：第一種方式是所有的動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)變量總是以初始構(gòu)形為參考基準(zhǔn)，即在整個(gè)分析過(guò)程中，所有的參考構(gòu)型始終保持一致，不發(fā)生改變，這種方式稱為完全 Lagrangian 格式(即常說(shuō)的 )；另一種方式是全部的動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)變量都是以每一載荷或時(shí)間步長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)的構(gòu)形，即在分析過(guò)程中參考構(gòu)形是不斷改變更新的，這種方式稱為更新的 Lagrangian 格式（即常說(shuō)的 ） [9]。欽科維奇在上世紀(jì)七十年代中期提出了粘塑性有限元法，用不可壓非牛頓流體的材料力學(xué)理論和方法來(lái)分析金屬材料的塑性流動(dòng)情況，同時(shí)他還第一次用有限元方法來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬沖壓成形仿真過(guò)程。最后概況一下課題研究的主要內(nèi)容和課題的研究方案。首先在 Dynaform 中進(jìn)行造型，同時(shí)生成必要的工藝補(bǔ)充，設(shè)置拉延成形工藝參數(shù)，采用正交試驗(yàn)和極差分析，得出拉延成形過(guò)程中各工藝參數(shù)分別對(duì)汽車(chē)車(chē)門(mén)內(nèi)板各個(gè)單一評(píng)價(jià)指標(biāo)最大變薄率、最大起皺高度和回彈量的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，使用綜合加權(quán)評(píng)分對(duì)拉延成形進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立目標(biāo)函數(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得拉延工序影響成形質(zhì)量的一組最佳工藝參數(shù)組合；最后實(shí)驗(yàn)與實(shí)際對(duì)比驗(yàn)證，找出零件出現(xiàn)問(wèn)題的原因并給出合理的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)運(yùn)用 CAE 技術(shù)，可以增加設(shè)計(jì)功能，借助計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，減少設(shè)計(jì)成本。本文著重探討 Autoform 及其應(yīng)用。因此單憑經(jīng)驗(yàn)很難預(yù)先估計(jì)成形質(zhì)3 / 70量合格與否，往往要等到模具加工后試模時(shí)才能暴露出來(lái)，給模具調(diào)試造成極大困難，甚至導(dǎo)致模具報(bào)廢。此外，目前不但可以進(jìn)行冷沖壓數(shù)值模擬，而且沖壓熱成形技術(shù)也逐步走向成熟，在國(guó)內(nèi)一些知名模具公司已經(jīng)開(kāi)始探索性應(yīng)用。隨著 CAD/CAE/CAM 等新興技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得汽車(chē)覆蓋件沖壓模具及其工藝設(shè)計(jì)近乎全線突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 [10]。目前，CAE 分析的準(zhǔn)確性已得到實(shí)踐的驗(yàn)證，板料成形 CAE 軟件在企業(yè)中得到了深入廣泛的運(yùn)用，已經(jīng)成為板料成形不可或缺的前期預(yù)測(cè)工具。 Dynaform SoftwareIII / 70目 錄引 言 ....................................................................1第 1 章 緒論 ...............................................................2 沖壓數(shù)值模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .................................2 沖壓模具 CAE 數(shù)值模擬分析的目的 ......................................2 AUTOFORM軟件簡(jiǎn)介 ......................................................3 課題研究的主要內(nèi)容 ..................................................4 課題的研究方案 ......................................................6 本章小結(jié)： ..........................................................6第 2 章 汽車(chē)覆蓋件拉延成形理論 .............................................7 汽車(chē)覆蓋件拉延成形有限元仿真理論概述 ................................7 汽車(chē)覆蓋件拉延成形數(shù)值模擬有限元理論 ................................8 幾何非線性 .......................................................8 Barlat 屈服準(zhǔn)則 ..................................................9 汽車(chē)覆蓋件沖壓成形單元模型 ......................................11 有限元控制方程的求解 ............................................16 本章小結(jié) ...........................................................18第 3 章 基于 DYNAFORM 模面前處理與參數(shù)設(shè)置 .................................19 模面前處理 .........................................................19 Dynaform 初步處理 ...............................................19 創(chuàng)建 DIE.........................................................19 創(chuàng)建 PUNCH 零件層 ................................................22 創(chuàng)建 BINDER 零件層 ...............................................23 創(chuàng)建 BLANK 零件層 ................................................25 板料成形設(shè)置 ....................................................26 凸凹模、壓邊圈定位 ..............................................28 參數(shù)設(shè)置 ...........................................................29 設(shè)置工序、控制參數(shù) ..............................................29 動(dòng)畫(huà)預(yù)覽 ........................................................30 Dynaform 求解器計(jì)算 ............................................30 本章小節(jié) ..........................................................32第 4 章 CAE 分析數(shù)值模擬仿真結(jié)果 ...........................................33 讀入結(jié)果文件到 ETA/POST.............................................33 繪制變形過(guò)程 .......................................................33 成型極限圖 FLD......................................................34 厚度變化情況 .......................................................36 錄制 AVI 成形過(guò)程 ...................................................37 本章小結(jié) ...........................................................38第 5 章 拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................39 拉延模工作部分計(jì)算 .................................................39 凸模圓角半徑 ....................................................39 凹模圓角半徑 ....................................................39 凹模工作深度計(jì)算 ................................................40