虚拟加工技术在汽车冲压件工艺中的应用

《虚拟加工技术在汽车冲压件工艺中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、虚拟加工技术在汽车冲压件工艺中的应用_虚拟制造_先进制造技术   冲压零件作为汽车零件的重要组成部分，据统计占轿车零件的比例高达75%左右。冲压零件的生产主要依靠冲压模具来完成。在从车型设计到车型投产的整个过程中，模具的设计、制造与调试约占2/3的时间，已成为制约现代汽车改型换代的主要因素。这是由于汽车上冲压零件的形状多变性、板料成形过程的复杂性和影响因素的多样性所决定的。模具的设计与制造的成败很大程度上取决于冲压工艺方案的合理性。传统的板料成形工艺理论研究只对一些简单的几何形状拉延件的深度较浅

2、的成形过程和变形方式进行了分析研究，对于汽车上形状复杂的冲压零件，无论在实验手段上或在理论分析上都显得无能为力，致使凭借设计员的经验制造出来的模具必须经过反复试冲修改，有时甚至报废重制模具后，才能冲出合格零件。因而面向汽车冲压零件的虚拟加工技术的研究就成为了现代汽车设计开发过程中必要的设计手段之一。面向汽车冲压零件的虚拟加工技术是以有限元三维建模和数值仿真技术为基础，以虚拟样机技术为支撑的新技术，是CAD/CAE技术的更高阶段。本文就应用美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形过程模拟

3、仿真的专用软件DYNAFORM，对汽车典型的冲压零件虚拟成形加工进行了研究。1汽车冲压零件成形加工数值仿真分析过程   汽车冲压零件成形过程的数值仿真是建立在塑性成形过程力学分析的基础之上的。目前塑性成形的分析方法主要是有限元法，它是进行非线性分析的最强有力的工具，因而也成为金属塑性成形过程仿真的最流行的方法。其模拟仿真流程如图1所示。   应用数值模拟仿真技术对板料成形过程进行有限元分析的一般过程应分为以下几个步骤:   a.在专用软件DYNAFORM环境下，采用图形数据交换标准IGES文件读

4、人成形零件几何模型并进行有限元网格划分。   b.定义冲压件的成形工具。根据成形零件复杂程度、结构尺寸、冲压模具结构以及冲压设备的不同，选择相应的成形工具。   c.定义冲压件毛坯。计算成形零件的毛坯尺寸，设置毛坯的材料属性、壳单元类型以及接触类型等。   d.定义拉延筋。设置拉延筋是控制冲压件成形质量的主要手段之一，在板料成形数值模拟仿真中，拉延筋可以用两种方法来实现:一种是建立真实的拉延筋几何模型;另一种是建立等效拉延筋模型，即用等效的约束边界条件来代替实际拉延筋的影响。前者，计算精度高，计

5、算时间长;后者，计算效率高，调整方便，但计算精度受到等效阻力模型的影响。 图1冲压件成形过程模拟仿真流程图   e.设置冲压件成形参数。成形参数包括载荷、冲压模具的运动控制和边界条件的设置等。   f.求解器计算。生成LS-DYNA控制文件*.dyn和DYNA模型文件*.mod，提交给LS-DYNA求解器进行计算。   g.后处理。求解器完成计算后，必须对计算结果进行后处理，以图形方式来直观地显示计算结果，实现计算可视化，其处理结果有应力应变和厚度的云图、成形极限图、应力应变和厚度等值线图等。 

6、  h.根据分析计算结果，对冲压件成形过程的成形参数或模具提出修改意见，指导实际的冲压工艺和冲压模具设计。2DYNAFORM软件的板料成形仿真求解基础   DYNAFORM求解采用了非常著名的非线性动力显式有限元软件LS-DYNA。LS-DYNA是采用显隐结合的算法进行板料成形仿真的最具有代表性的软件。它采用动力显式求解器仿真冲压成形过程，计算稳定，效率高;同时LS-DYNA近年来加强了隐式算法的开发，并实现了显、隐式无缝集成的功能，在完成冲压分析后，自动切换到隐式求解器进行回弹分析。在回弹分析

7、中可以采用大的时间步长，提高回弹的计算效率。   LS-DYNA包括丰富的材料模型和单元模型，可以根据实际冲压的材料选择合适的材料模型和单元类型。此外，LS-DYNA的接触分析功能强大，具有40多种接触类型可以求解下列接触:变形体对变形体的接触、变形体对刚体的接触、刚体对刚体的接触、板壳结构的单面接触、与刚性墙接触、表面与表面的接触等。因此，借助LS-DYNA强大的求解能力，DYNAFORM可以解决冲压成形分析中的任何难题，如复杂多步成形分析、显式加载隐式卸载等。LS-DYNA是目前公认的板料成

8、形仿真结果准确性最好的分析系统之一。3汽车冲压件成形过程模拟仿真实例   本文根据以上所描述的冲压件成形仿真求解过程，结合某型号汽车上的某些较典型的拉延件的初始模具冲压工艺方案进行了仿真成形分析，预测和解决板料冲压成形工艺和模具设计中的问题，具体包括:起皱和破裂的预测、确定压边力、确定成形力、估算坯料尺寸等。 图2冲压件成形过程的起皱 图3冲压件成形过程的边缘破裂 图4冲压件成形过程的形面破裂   图2为板料成形过程发生起皱的仿真结果，图3、图4为板料成形过程发生破裂的仿真结果。显然，图2中的工