【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 過(guò)程越來(lái)越深刻的認(rèn)識(shí)和理解，從上世紀(jì) 70 年代后期開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展，板料成形回彈數(shù)值 模擬技術(shù)逐步成熟。 板料沖壓成形回彈仿真的流程 成形和回彈是兩個(gè)既相關(guān)聯(lián)又各自獨(dú)立的過(guò)程，通常所說(shuō)的成形過(guò)程一般不包括回彈在內(nèi)，而完整的沖壓成形的回彈仿真過(guò)程應(yīng)包含兩個(gè)過(guò)程：沖壓成形 (加載 )過(guò)程的仿真和回彈 (卸載 )過(guò)程仿真。前一步計(jì)算是回彈過(guò)程模擬的基礎(chǔ)，為其提供應(yīng)力、應(yīng)變等數(shù)據(jù)。完整的回彈仿真模式見(jiàn)下圖 。 [26] 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 19 圖 沖壓成形過(guò)程的仿真和回彈過(guò)程仿真 回彈仿真的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 (1)導(dǎo)入 成形仿真的結(jié)果文件。 在 Dynaform 的前處理器中，導(dǎo) 入 成形仿真過(guò)程中計(jì)算生成的結(jié)果 —— DYANIN 文件，該文件包含成形過(guò)程中板料所有的應(yīng)力、應(yīng)變等情況。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 20 (2)定義毛坯，選擇回彈仿真計(jì)算用的殼單元公式，積分點(diǎn)個(gè)數(shù)，定義毛坯的材料屬性。 (3)導(dǎo)人切邊線，對(duì)零件進(jìn)行切邊過(guò)程的仿真。 (4)設(shè)置回彈約束。回彈分析時(shí)，必須施加適當(dāng)?shù)奈灰萍s束排除剛性運(yùn)動(dòng)。按照零件的變形情況添加邊界條件，限制板料剛性位移。 (5)根據(jù)計(jì)算情況選擇單步或多步隱式算法。 (6)后置處理，打開(kāi)回彈仿真的結(jié)果文件，查看零件回彈前的情況和回彈后的應(yīng)變情況。 2 模擬分析及結(jié)果分析 本文通過(guò)使用 Dynaform 軟件對(duì)于汽 車內(nèi)門板沖壓成型進(jìn)行分析。 首先對(duì)于在 UG 中已繪制完成的汽車內(nèi)門板三維圖（圖 ）進(jìn)行前期設(shè)置。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 21 圖 汽車 內(nèi) 門板三維圖 進(jìn)入 Dynaform 后，首先導(dǎo)入汽車內(nèi)門板 igs 文件。 圖 中性層 圖 即為汽車內(nèi)門板 igs 文件的中性層。 隨后對(duì)其 進(jìn)行網(wǎng)格 的劃分 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 22 圖 網(wǎng)格劃分 圖 中可以看到，選用 Tool Mesh，初始設(shè)置最大尺寸 30，最小尺寸 5。網(wǎng)格情況如圖，劃分不均勻，沖壓變形區(qū)網(wǎng)格極為集中。 圖 最終網(wǎng)格劃分 最大尺寸 30，最小尺寸改 為 10。見(jiàn)圖 ，能夠得到比較理想的網(wǎng)格劃分圖。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 23 所以最終采用最大尺寸 30，最小尺寸 10 的網(wǎng)格劃分。 排樣問(wèn)題是指需要開(kāi)料的工件在板料上的布置和開(kāi)切方式。選擇合理的排樣布局方式，是提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本和保證工件質(zhì)量的有效措施。排樣起先是指沖裁件在條料、帶料、板料上的布置方式。選擇合理的排樣方式和適當(dāng)?shù)拇畋阒?，是提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本和保證工件質(zhì)量及模具壽命的有效措施。根據(jù)沖裁件在板料上的布置方式，排樣形式有直排、單行排、多行排、斜排、對(duì)頭直排和對(duì)頭斜排等 多種排列方式。 利用 Dynaform 的 BSE（坯料工程）對(duì)原 igs 進(jìn)行板料尺寸計(jì)算。見(jiàn)圖 中的綠色邊線即為計(jì)算后所得尺寸圖，此邊線代表沖壓該 內(nèi)門板 所需板料尺寸。 圖 坯料計(jì)算 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 24 隨后利用該坯料邊線進(jìn)行排樣計(jì)算。 使用坯料工程中 BLANK NESTING。排樣方案見(jiàn)圖 。 （ a） 排樣 方案 1 （ b） 排樣 方案 2 （ c） 排樣 方案 3 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 25 （ d） 排樣 方案 4 （ e） 排樣 方案 5 圖 排樣方案 表 1 排樣方案的比較 Angle Pitch Width Utilization 排樣 方案 1 % 排樣 方案 2 % 排樣 方案 3 % 排樣 方案 4 % 排樣 方案 5 % 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 26 根據(jù)材料的利用率（見(jiàn)表 1），最終選擇排樣 1。 通過(guò)專用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口 IGES 將曲面模型轉(zhuǎn)入 ETA／ Dynaform 分析軟件，采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)劃分曲面網(wǎng)格，將單元?jiǎng)澐譃樗倪呅尉W(wǎng)格，并對(duì)劃分的網(wǎng)格進(jìn)行檢查及修補(bǔ)。按照實(shí)際工作模具的參數(shù)來(lái)調(diào)整沖壓方向、設(shè)計(jì)壓料面及工藝補(bǔ)充面，模具間隙。完成前期設(shè)置后，則可采用傳統(tǒng)設(shè)置、快速設(shè)置以及自動(dòng)設(shè)置對(duì)其進(jìn)行沖壓模擬。本文通過(guò)自動(dòng)設(shè)置對(duì)汽車內(nèi)門板的沖壓工藝進(jìn)行分析。 選入自動(dòng)設(shè)置，將將四個(gè) 層 （內(nèi)門板中性、壓邊圈、凸模以及凹模）分別導(dǎo)入，并且選擇材料 DP600（見(jiàn)圖 ，材料 DP600 延伸率曲線）。 圖 材料 DP600 延伸率曲線 在模擬分析進(jìn)行之前，將四個(gè)層調(diào)試到合理位置。 見(jiàn)圖 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 27 圖 層調(diào)試 參數(shù)一 打開(kāi)“自動(dòng)設(shè)置”窗口，點(diǎn)擊“工具”按鈕，將 punch、 die、 binder的摩擦系數(shù)均設(shè)為默認(rèn)值，見(jiàn)圖 （鋼用 ）。 圖 壓邊圈 摩擦系數(shù)設(shè)置 點(diǎn)擊“板坯”按鈕，設(shè)置材料厚度為 ，見(jiàn)圖 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 28 圖 材料厚度設(shè)置 點(diǎn)擊“工序”按鈕，設(shè)置 binder 速度為 2021mm/s，凹模位置固定，見(jiàn)圖 。 圖 壓邊速度設(shè)置 點(diǎn)擊“ drawing”按鈕，將 凸模速度 3000mm/s，壓邊力 202100 N，見(jiàn)圖 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 29 圖 凸模速度、壓邊力設(shè)置 模擬結(jié)果見(jiàn)下圖 、 、 。 圖 FLD 圖 如圖 可以看出在凸模圓角區(qū)域有大面積的破裂區(qū)（紅色區(qū)域），且破裂比較集中，結(jié)果很不理想。褶皺（紫色區(qū)域）主要出現(xiàn)在壓邊部位。安全區(qū)（綠色區(qū)域）分布較廣，主要出現(xiàn)在拉伸面。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 30 圖 厚度分布 圖 應(yīng)力分布圖 如圖 ，通過(guò)厚度分布圖來(lái)看，凸模圓角區(qū)域（紅色區(qū)域）的厚度很小大致為 ，其他區(qū)域 （綠色區(qū)域）的厚度約為 。通過(guò)圖 應(yīng)力分布圖看出，在破裂區(qū)域（黃綠色區(qū)域）應(yīng)力較大，大致為 ,這是造成破裂產(chǎn)生的主要原因，其他區(qū)域（藍(lán)色區(qū)域）應(yīng)力為 ，應(yīng)力較小。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 31 參數(shù)二 根據(jù)參數(shù)一得模擬結(jié)果對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如圖 ,點(diǎn)擊“自動(dòng)設(shè)置”窗口，點(diǎn)擊“工序”按鈕，減慢壓邊速度到 2021mm/s，減小壓邊力到500000N。 圖 凸模速度、壓邊力設(shè)置 模擬結(jié)果見(jiàn)下圖 、 、 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 32 圖 FLD 圖 如圖 ，可以看出在原來(lái)的破裂區(qū)域（紅色區(qū)域）仍有大面積的破裂，而且還有變大的趨勢(shì)，調(diào)整的參數(shù)沒(méi)有起到很大的效果。褶皺區(qū)域（紫色區(qū)域）也基本與第一次模擬大致相同。 圖 厚度分布圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 33 圖 應(yīng)力分布圖 從結(jié)果來(lái)看，破裂沒(méi)得到太大改善，破裂區(qū)很大。不過(guò)從圖 厚度分布圖來(lái)看，倒角區(qū)域（紅色區(qū)域）的厚度有所增加為 。 從圖 看出倒角區(qū)域（紅黃色區(qū)域）應(yīng)力增加了，為 。 參數(shù)三 考慮到參數(shù)二的改變對(duì)于減小破裂沒(méi)有特別大作用，所以參數(shù)三改變了壓邊圈的摩擦系數(shù) ，點(diǎn)擊“工具”按鈕，將 binder 的摩擦系數(shù)設(shè)置為（用戶自定義設(shè)置），并點(diǎn)擊“工序”按鈕，進(jìn)一步的減小沖模速度和壓邊力，分別為 1000mm/s,20210N，見(jiàn)圖 ， 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 34 圖 壓邊圈摩擦系數(shù)設(shè)置 圖 凸模速度、壓邊力設(shè)置 模擬結(jié)果見(jiàn)下圖 2 2 24。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 35 圖 FLD 圖 從圖 可以看出在原破裂區(qū)域（紅色區(qū)域）中破裂點(diǎn)極大的減小，只有出現(xiàn)了 2 個(gè)小紅點(diǎn)，效果十分的明顯，可以看出摩擦系數(shù)對(duì)于破裂的控制有極大的作用。而且在壓邊區(qū)域的褶皺（紫色區(qū)域 ）也只是零星的分布。 圖 厚度分布圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 36 圖 應(yīng)力分布圖 從圖 可以看出厚度變化的問(wèn)題得到了改善。在倒角部分形成一條細(xì)長(zhǎng)的黃色區(qū)域，厚度為 左右，其中零星分布了些紅點(diǎn)厚度為 左右。 從圖 可以看出倒角部分的綠色區(qū)域應(yīng)力為 ，其中有 2點(diǎn)紅色應(yīng)力為 ，得到了很大改善。 總體來(lái)說(shuō)這一次參數(shù)的優(yōu)化在一定程度上來(lái)說(shuō)是十分成功的。 參數(shù)四 由參數(shù)三的模擬結(jié)果得出摩擦系數(shù)對(duì)于破裂的控制很有效果，但是經(jīng)過(guò)隨后幾次的參數(shù)設(shè)置改變之后， 破裂雖然得到很好的控制但是破裂仍未消失，故考慮嘗試一下 將 板材的厚度增加到 2mm，見(jiàn)圖 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 37 圖 材料厚度設(shè)置 點(diǎn)擊“工具”按鈕，將 binder 的摩擦系數(shù)設(shè)置為 （用戶自定義設(shè)置），并點(diǎn)擊“工序”按鈕，將沖模速度和壓邊力分別設(shè)置為 1000mm/s和 500000N，見(jiàn)圖 、 。 圖 壓邊圈 摩擦系數(shù)設(shè)置 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 38 圖 凸模速度和壓邊力設(shè)置 模擬結(jié)果見(jiàn)下圖 、 、 。 圖 FLD 圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 39 圖 厚度分布圖 圖 應(yīng)力分布圖 從圖 的 FLD 圖看到?jīng)]有破裂點(diǎn)，側(cè)面拉伸區(qū)域基本上為安全區(qū)域（綠色區(qū)域）。從圖 厚度分布圖看，在原先破裂的地方（紅色點(diǎn)）厚度較薄為 左右，而且從圖 應(yīng)力分布圖可以看出在原先破裂的地方應(yīng)力為 。零件的厚度分布與應(yīng)力的分布及大小基本與參數(shù)四相同，結(jié)果較令人滿意。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 40 參數(shù)五 參數(shù)四的 結(jié)果各項(xiàng)結(jié)果都大都比較滿意，就是褶皺較多，所以參數(shù)五的設(shè)置就圍繞著減小褶皺來(lái)設(shè)置，如圖 ， 點(diǎn)擊“自動(dòng)設(shè)置”窗口，點(diǎn)擊“工序”按鈕，將壓邊力設(shè)到 1000000N。 圖 壓邊力設(shè)置 模擬結(jié)果見(jiàn)下圖 、 、 。 圖 FLD 圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 41 圖 厚度分布圖 圖 應(yīng)力分布圖 由圖 和圖 ，厚度分布狀況與應(yīng)力分布狀況與參數(shù)四基本沒(méi)有改變。但是從圖 的 FLD 圖中的紫色的褶皺區(qū)域可以看出要比參數(shù)四有減小。 五次模擬參數(shù)見(jiàn)表 2 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 42 表 2 模擬方案參數(shù)及結(jié)果 材 料 厚度（ mm/s） 壓 邊 圈摩擦系數(shù) 凸模摩擦系數(shù) 壓邊圈速度（ mm/s） 壓邊力（ N） 凸模速度(mm/s) 結(jié)果（破裂，褶皺） 參 數(shù) 一 DP600 2021 202100 3000 破 裂多，褶皺 參數(shù) 二 DP600 2021 500000 2021 破裂 無(wú)改變 ，褶皺 參數(shù) 三 DP600 2021 20210 1000 破裂少，褶皺 參數(shù) 四 DP600 2021 500000 1000 無(wú) 破裂，褶皺 參數(shù) 五 DP600 2021 1000000 1000 無(wú)破裂，褶皺 改善 根據(jù)以上 數(shù)據(jù)相比較 ： 根據(jù)方案 二、三 對(duì)比，可以看出：隨著壓邊 圈摩擦系數(shù)的減小、凸模速度的 減小，成形零件上的破裂減少，褶皺減少。 根據(jù)方案三、四對(duì)比，可以看出：隨著 板料厚度 的增加，成形零件上的破裂減少 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車內(nèi)門板沖壓成形 CAE分析 43 根據(jù)方案四、