基于Dynaform的方形盒沖壓成形仿真

寶雞文理學院機電工程系 史革盟

基于Dynaform的方形盒沖壓成形仿真

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盒形件是金屬薄板拉深成形中較為典型的沖壓件，拉深變形時，應力、應變在變形區內沿周邊的分布很不均勻，其變形規律具有一定的典型性。利用傳統方法進行沖壓工藝分析時，為了避免材料成形過程中出現斷裂、起皺、頸縮等不良影響，必須反復修改成形加工的某些參數或修改模具形狀，耗資大、產品開發周期長。

Dynaform軟件是美國ETA公司與LSTC公司合作開發的針對板料成形數值模擬的專業化軟件，該軟件能模擬拉延、多步沖壓、壓邊、彎曲、回彈、液壓成形，進行模具設計等，可以幫助模具設計人員顯著減少模具開發設計時間及試模周期。

一、方形盒沖壓成形工藝

方形盒可以看做由直邊及圓角部分組成，拉深變形時，圓角部分近似圓筒形件的拉深，直邊部分近似板料彎曲，但方形盒的圓角及直邊是聯系在一起的整體，因而變形時必然又相互的作用及影響。在拉深時，圓角部分的材料向直邊部分流動，使直邊部分材料受壓，橫向間距縮小，愈靠角部縮小愈多；縱向間距增大，愈靠轉角處增加愈大。同時，圓角部分的材料也向直邊部分流動，因而直邊部分也增加了橫向壓縮、縱向伸長的變形，又由于直邊區存在金屬的流動，使得圓角部分的變形程度大為減小。設計流程如圖1所示。

二、方形盒沖壓成形仿真

1.模型導入。在Pro/E中建立凹模及板料模型，凹模尺寸102.2mm×102.2mm，凹模圓角尺寸10mm，保存成.igs格式，再導入Dynaform軟件中生成模型。

2.網格劃分。在Preprocess模塊中的Element/Surface Mesh對話框中對坯料和凹模分別設置Max.Size為1.750 0和5.00，并選擇Surface為Displayed Surf，其他保持默認完成網格劃分。劃分好網格后用Preprocess/Model Check/Repair命令對網格進行檢查，主要檢查模面是否完整，是否有重疊、漏洞，網格的法線方向是否一致，并修復有缺陷的單元。

3.模型生成。利用 Dynaform中的 Quick Setup/Draw Die快速建立模型。選擇單動（Single action），下模采用（Upper Tool Available）拉延類型；在Material/Material Library中選擇坯料為DQSK37，Thickness數值為1.00；再依次定義坯料（Blank）、壓邊圈（Binder）、凹模（Die）、拉深筋（Draw Bead），設置材料及工具運動的相關參數。圖2為完成快速設置后的模型，最后提交LS-DYNA進行求解計算。

4.仿真結果。在Dynaform的Post Process中，以云圖、等值線等形式顯示數值模擬結果。在FLD成形極限圖用7種顏色來區分7個不同的安全或失效區域，其中圓角處黃色為破裂危險點，藍色表示有起皺趨勢，粉色處為已起皺，洋紅為已嚴重起皺。

經過修改壓邊力、凸模行程、凸模圓角半徑等工藝參數，進行大量的反復模擬試驗，得到當壓邊力大小在180kN～250kN，凸模圓角半徑在12mm左右，拉深行程為25mm時對低碳鋼進行拉深時仿真結果可靠，如圖3所示。

三、結論

1.利用Pro/E軟件進行CAD建模，并導入Dynaform中生成沖壓成形過程中所需的凸凹模、板料和壓邊圈等模型，經過相關設置完成了該方形盒的沖壓成形仿真。

2.通過對仿真結果的分析，并進行大量的模擬試驗，確定了合理的工藝參數，得到了可靠的仿真結果，達到了優化成形的目的，從而可以縮短生產研發周期，降低成本，提高零件質量。