一步模擬法在覆蓋件成形數(shù)字模擬中的應(yīng)用

張玉平，韋光珍，周玉蓉

ZHANG Yu-ping, WEI Guang-zhen, ZHOU Yu-rong

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 400050）

一步模擬法在覆蓋件成形數(shù)字模擬中的應(yīng)用

One-step simulation in the panel forming digital simulation

張玉平，韋光珍，周玉蓉

ZHANG Yu-ping, WEI Guang-zhen, ZHOU Yu-rong

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 400050）

針對板料成形過程中的修邊線問題，提出了一步成形模擬算法。采用板料三維成形分析軟件DYNAFORM中的一步模擬算法，只考慮最終工件的形狀，對某覆蓋件產(chǎn)品模擬分析，獲得了坯料輪廓曲線和修邊線，指導(dǎo)了模具設(shè)計(jì)，節(jié)省了修模時間，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。克服了修邊線尺寸和形狀難以確定的難題。

一步模擬法；坯料輪廓曲線；修邊線

0 引言

CAD和CAE技術(shù)的發(fā)展對沖壓件的設(shè)計(jì)和分析提供了很大的幫助，但基于增量理論的模擬軟件，在目前硬件平臺上運(yùn)行時間非?？捎^。所以，在初始設(shè)計(jì)階段，我們希望有一個工具在已知工件的形狀和平板毛坯的厚度的情況下，能快速估計(jì)工件的厚度變化和應(yīng)變分布，并且能夠分析成形過程中不同因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。直接簡單地根據(jù)產(chǎn)品或工件的幾何形狀來預(yù)測板料的變形具有比較大的實(shí)用意義，但是目前這方面的研究工作還比較少。這里研究了有限元逆算法(亦稱一步成形模擬方法)，以滿足這種要求。

1 一步成形模擬法

1.1 一步成形模擬法作如下假設(shè)[1～3]

1）平面應(yīng)力狀態(tài)，只考慮板料變形過程中的薄膜應(yīng)變效應(yīng)，不考慮板料的彎曲效應(yīng)。

2）彈塑性大變形，材料不可壓縮。

3）變形過程是比例加載的，基于塑性形變理論即全量理論來分析變形。

4）材料等向強(qiáng)化或非等向強(qiáng)化準(zhǔn)則；

5）沖頭，拉伸筋，壓邊圈對板料的作用表現(xiàn)為非均勻的沖頭法向壓力，沖和壓邊圈，拉伸筋下的摩擦力。

6）采用對數(shù)應(yīng)變來描述應(yīng)變。

1.2 板料質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方程與幾何關(guān)系[2,3]

假設(shè)板料變形滿足Kirchhoff薄板理論。初使坯料狀態(tài)為 ，最終沖壓件狀態(tài)為C，則在兩構(gòu)形間板內(nèi)任意點(diǎn) 的運(yùn)動方程為：

式中，x0和x是點(diǎn)P在C0和C狀態(tài)的坐標(biāo)向量；n0和n是點(diǎn)P在C0和C狀態(tài)時的單位法向量；h0和h是點(diǎn)P在C0和C狀態(tài)時的板厚；u是點(diǎn)P所在板中性面處的位移向量；z 是板法向坐標(biāo)值。

x0和x滿足如下變換關(guān)系

式中，F(xiàn)是變形梯度張量。

因此Cauchy-Green 張量B為

2 工業(yè)應(yīng)用實(shí)例

為了驗(yàn)證本算法的有效性，本文選取以下實(shí)際生產(chǎn)的汽車覆蓋件產(chǎn)品用dynaform分析軟件的一步成形模擬方法進(jìn)行分析。零件數(shù)模如圖1所示，取凸模部分劃分網(wǎng)格，劃分成3408個節(jié)點(diǎn)，2621個四邊形單元和624個三角形單元。材料參數(shù)均為：毛坯厚度H=0.8mm，各項(xiàng)異性指數(shù)γ=1，最大迭代步數(shù)為200，摩擦系數(shù)為0.125[3,4]。

圖1 零件三維模型

圖2 坯料初始輪廓曲線

圖3 零件修邊線

通過一步模擬法模擬出零件展開尺寸，如圖中的曲線，接著將零件展開曲線向外偏置25～30mm，通過簡化優(yōu)化得到坯料初始輪廓曲線如圖2所示；同樣方法，展開零件修邊線如圖3白色線所示[4]。

最后得到了質(zhì)量合格的產(chǎn)品，如圖4所示。

圖4 試模所得零件照片

3 結(jié)論

通過采用DYNAFORM分析軟件對所選覆蓋件產(chǎn)品進(jìn)行一步法模擬分析，并經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)可得如下結(jié)論：

1）獲得坯料初始輪廓曲線，再將優(yōu)化的坯料輪廓曲線導(dǎo)入零件數(shù)模中，節(jié)省了零件進(jìn)一步成形模擬分析的時間，可以更好地指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)。

2）獲得準(zhǔn)確的修邊線，打破傳統(tǒng)的覆蓋件模具制造中為得到所需翻邊高度要反復(fù)修正修邊模輪廓的方式，節(jié)省了成本，提高了效率。

[1] 蔣有諒.非線性有限元法[M].北京工業(yè)學(xué)院出版社,1998.

[2] S Y Chung and HW Swift.A theory of tube sinking[J].J.Iron Steel Inst. 170,1952,29.

[3] 李景湧. 有限元法[M].北京郵電大學(xué)出版社,2000

[4] 崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

TP274

A

1009-0134(2010)10(下)-0044-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).14

2010-06-25

張玉平（1980 -），女，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)及模具CAD/CAE/CAM。