基于板料成形数值模拟的覆盖件模具结构优化

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1、万方数据第35卷第l期V01．35No．1锻石．技￡FORGlNG＆STAMPINGTECHNOLOGY2010年2月Feb．2010基于板料成形数值模拟的覆盖件模具结构优化徐自立1，娄茂昆2。郭志勇1。朱向会1(1．西安科技大学理学院，陕西西安710054；2．奇瑞汽车有限公司规划设计院，安徽芜湖241006)摘要：针对汽车覆盖件模具，提出一种基于板料成形模拟的模具结构拓扑优化方法，得到了新利的模具结构。先通过板料成形数值模拟得到板料对模具的作用力，经格式转换后，将模面节点力导人施加到模具的三维有限元模型上进行结构拓扑优化。运用该方法优化某后备门外板模具结构，经对比分析发现

2、，优化后二次设计的模具结构相对于传统结构具有更高的刚度和更轻的质最，优于传统结构。关键词：覆盖件模具；结构拓扑优化；板料成形；数值模拟DOI：lO．3969／j．issn．1000-3940．2010．01．027中图分类号：TG386文献标识码：A文章编号：1000-3940(2010)01-0099-04DiestructuraloptimizationofautomobilepanelbasedonnumericalsimulationofsheetmetalformingXUZi-lil，MauriceIX)IY，GUOZhi-yon91，ZHUXiang-huil(

3、1．CollegeofScience，Xi’anUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710054，China；2．EngineeringPlanningandDesignInstitute，CharyAutomobileCo．，Ltd．，Wuhu241006，China)Abstract：Aimedatoptimizingthestructureofautomobilepaneldie，amethodofstructuraltopologicaloptimizationbasedonthesimulationofsheetmetalfo

4、rmingwasproposed．Andthen，anew-stylestructurewasdesigned．Theboundaryforcesthatblankactedondiesurfacewereobtainedfromthesheetmetalformingsimulation．Thenodalforcesweretransformedandappliedon3-Dfiniteelementmethod(FEM)modelofdieforthetopologicaloptimization．Anouterdecklidwasselectedtotestifythi

5、smethodology．ComparingtheFEManalysisresultofre-engineeringstrut—turewithtraditionalstructure，itisfoundthatthere-engineeringstructurehasabetterperformancethantraditionalwithhigherstiffnessandlessmass．Keywords：autopaneldie；structuraltopologicaloptimization；sheetmetalforming；numericalsimulatio

6、n覆盖件模具是车身成本的重要部分，一个车型的模具总费用动辄上亿元，随着能源和钢材价格的不断上升，减少模具成本对控制整车成本有重要意义。另一方面，传统的模具结构是一成不变的栅格式结构，见图1。而数控加工技术和新的冲压工艺设备不断发展，如五轴切削加工、伺服压力机等，迫切需要对模具结构进行分析进而优化以更加适应新的技术。由于设计理论的缺乏，传统的模具结构设计往往依靠设计人员的经验，沿袭以前的标准，很少有定量的模具结构分析。当模具的工作条件更加恶劣时，人们不断地把模具做的更大、更厚、更硬，在有些情况下，这些办法会使情况变得更糟[1]。YoungSeonE2。3]等在数值模拟中分别把模

7、具视为刚性体和弹性体研究了冷锻模具的弹性变形并与实验收稿日期：2009-07—22；修订日期：2009—10—05作者简介：徐自立(1985一)，男，硕士研究生电子信箱：xustxuzili@yahoo．com．ca图1传统模具结构Fig．1Traditionaldiestructure进行了对比，结果证明，采用模具弹性体方法对预测分析模具应力应变和材料成形尺寸精度更为有效。汽车覆盖件模具一般体积庞大且型面复杂，把冲压过程和模具的结构分析进行耦合求解，问题规模会超出目前一般计算机的软硬件能力。故将二者分