娄茂昆冲压模具结构分析和优化方法研究.pdf

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1、Altair2009HyperWorks技术大会论文集冲压模具结构分析和优化方法研究122娄茂昆徐自立郭志勇1奇瑞汽车有限公司规划设计院2西安科技大学理学院-1-Altair2009HyperWorks技术大会论文集冲压模具结构分析和优化方法研究StudyontheOptimizationandAnalysisMethodofStampingDieStructure122娄茂昆徐自立郭志勇(1.奇瑞汽车有限公司规划设计院；2.西安科技大学力学系)摘要：目前关于冲压模具结构分析的研究并不多见，随着汽车轻量化要求的不断提高和高强度钢板广泛应用，越来越需要对冲压模具

2、的受力和变形进行定量研究。针对典型的汽车覆盖件模具，提出一种模具结构分析和优化方法。利用冲压模拟软件PAM-STAMP2G、建模工具HyperMesh及RADIOSS求解器，在冲压模拟和结构分析中分别把模具看作刚体和弹性体，分析了模具的变形和受力情况。进一步地，应用OptiStruct进行模具结构的拓扑优化。优化结果表明，在保证模具刚度的情况下，可以显著降低模具重量，为今后的大型冲压模具结构分析和优化提供了思路。关键词:冲压模具，有限元分析，拓扑优化，模具结构，OptiStructAbstract:Sofartherearenotmanyinvestigati

3、onsonthestructuralanalysisofstampingdie.Withthehigherrequirementsofweightreductionandwidespreaduseofhigh-strengthsteel,astrongemphasisshouldbecarriedoutontheresearchofdeformationandstressofstampingdie.Amethodofstructuralanalysisandtopologyoptimizationisproposedtowardstypicalautomobi

4、lepaneldie.Usingstampingsimulationcode(PAM-STAMP2G),modelingtool(HyperMesh)andFEMsolver(RADIOSS),thestructuraldeformationofthediecanbepredicted.Toolsareregardedasrigidbodyinstampingsimulationandelasticbodyinstructureanalysis,respectively.Furthermore,topologyoptimizationofdiestructur

5、eisimplementedbyOptiStruct.Itisfoundthatthismethodcanreducetools’massgreatlyandcomeupanewmethod.Keywords:stampingdie,FEM,topologyoptimization,diestructure,OptiStruct1引言近年来，我国汽车产销量迅猛增长，汽车工业竞争日趋激烈。加上原材料和能源价格的不断上涨，对汽车提出了更加轻量化和低能耗的要求。根据USLAB计划，最终将研发一种[1]自重轻达35%且成本低、安全可靠的21世纪超轻量型汽车车体。新一代

6、USLAB-AVC轿车[2]车身的高级高强度钢将占80%以上。高强板的应用，将给模具设计、制造和使用带来新的问题。但由于设计理论和相关研究的缺失，我国的模具设计多依赖于设计人员以往的低碳钢模具设计经验和标准。对于高强板模具，通常是在原有低碳钢模具设计基础上,选用更好模具材料或增大模具尺寸，这样就导致了模具材料制造成本、模具搬运成本、冲压车间压力机-2-Altair2009HyperWorks技术大会论文集[3]吨位和冲压生产能耗的增加。可是在有些情况下，不断地把模具做的更大、更厚、更硬会[4]使情况变得更糟。传统的模具结构是栅格式结构（如图1所示）。随着新材料

7、（高强度钢板等）、新的数控加工技术（五轴切削等）、新工艺装备（伺服压力机等）的发展，迫切需要对模具进行受力分析，研究其工作中的响应，进而优化结构。图1传统模具结构在精密成形领域，特别是模具受力非常恶劣的冷挤压和冷锻成形中，许多学者进行了模[5][6-7]具受力情况的研究。Murata等用电容式位移传感器测量了冷锻中的模具变形。Lee等同时通过实验方法和数值模拟方法研究了冷锻模具的弹性变形。数值模拟中分别把模具视为刚[8]性体和弹性体进行研究，与实验进行了对比。Conor等用有限元法分析了冷锻中的工件破[6-8]裂过程。由于汽车覆盖件模具往往体积庞大且型面复杂，

8、用文献中的方法对冲压过程和[9-10模