基于AutoForm4.6的汽車鈑金件成形分析技術(shù)探討

許紅伍　王洪磊

摘要：汽車鈑金件的成形分析軟件很多，文章借助其中之一的AutoForm4.6軟件對某個汽車鈑金件進行了成形模擬分析，對成形的參數(shù)設(shè)定及成形結(jié)果都進行了闡述，最終確認了此汽車鈑金件所需要的成形參數(shù)，為之后的模具設(shè)計提供了很好的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：AutoForm4.6；成形分析技術(shù)；汽車鈑金件；沖壓；成形參數(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG385 文章編號：1009-2374（2015）29-0084-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.042

1 概述

成形分析模擬技術(shù)，簡單點說就是將板料的模具與工藝條件輸入到分析軟件，通過軟件模擬變形全過程，從而判斷模具和工藝方案的合理性。每一次的仿真等同于一次試模過程，因此成形分析軟件在鈑金件的成形設(shè)計過程中備受推崇。鈑金件最為典型的是汽車鈑金件。當前，汽車鈑金件的模具設(shè)計與制造離不開高效的成形模擬軟件。現(xiàn)有的成形模擬軟件很多，在國外，有德國的AutoForm、美國eta公司的Dynaform、法國ESI集團的PAM系列軟件，國內(nèi)有北航的SheetForm、華中科技大學的Vform等。與上述提及的軟件相比，AutoForm的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：界面友好、易學易用、能更快完成求解、對一些復雜的工程應用也能得到可靠的結(jié)果等。AutoForm的版本在不斷更新，功能和界面友好性都在不斷提高，4.0版本以后引入了一個全工序模具設(shè)計的概念，模擬的最終結(jié)果與產(chǎn)品一致。AutoForm4.6版本較之前4.0版，智能性和易操作性又上了一個臺階。本文將運用autoform4.6軟件分析某汽車鈑金件的成形過程與結(jié)果。

2 成形分析案例

圖1 模擬效果圖

鈑金件模擬效果圖見圖1，主要涉及拉深與切邊工藝。此鈑金件是汽車上的一個覆蓋件，形狀相對復雜，結(jié)構(gòu)尺寸變化也較大，有較高的表面質(zhì)量要求，曲面多，配合協(xié)調(diào)性高。在成形時，不僅要控制外形尺寸和結(jié)構(gòu)，還要特別控制板料的變薄情況和起皺現(xiàn)象。

2.1 成形條件

此鈑金件的材料為GMW3032M-ST-S-340LA-UNCOATED-U，這是一種低合金高強度鋼，板厚0.8。成形時，摩擦系數(shù)0.15，材料性能見圖2：

圖2 材料性能

采用一次拉深成形，理論成形壓力305t，壓邊力90t，壓邊圈行程70mm，選用400t壓力機，毛坯尺寸1250mm*390mm。

采用雙動拉深，沖壓方向及拉延筋范圍見圖3，模具的沖頭和壓料板都設(shè)定在上模部分。拉延筋的設(shè)置很重要，當模擬結(jié)果不理想時，可以重新設(shè)置拉延筋參數(shù)，在本例中，設(shè)置的拉延筋的形狀為圓弧形，半徑為3mm，詳細參數(shù)見圖3所示：

圖3 沖壓方向和拉延筋形狀

目前，Autoform4.6采用的等效拉延筋，即將拉延筋復雜的幾何形狀抽象為一條能承受一定力的附著在模具表面的拉延線，對表示拉延筋的線施加阻力來代替實際拉延筋。板料及拉延筋的中心線見圖4所示：

圖4 板料及拉延筋中心線

2.2 板料的成形過程

板料成形在autoform4.6中的分析流程如下：導入模型；利用軟件提供的網(wǎng)格劃分工具對板料、凸模、凹模、壓邊圈進行網(wǎng)格的自動劃分，自動檢查并修正網(wǎng)格缺陷等；定義板料、凸模、凹模和壓邊圈的屬性以及相應的工藝參數(shù)，包括摩擦系數(shù)、接觸類型和壓邊線等；調(diào)整板料、凸模、凹模、壓邊圈之間的相互位置；設(shè)置分析參數(shù)，然后求解。具體的操作過程在這里就不再贅述。板料的成形過程如圖5所示：

圖5 成形過程

這里截取了成形過程的6個狀態(tài)，通過這6個狀態(tài)可以比較直觀地對比板料的變形過程。

2.3 模擬結(jié)果

成形極限圖FLD是模擬結(jié)果分析的重要部分。成形極限圖見圖6所示：

圖6 成形極限圖

在金屬板材成形性能模擬中，確定變形過程中的應力與應變分布是十分重要的，F(xiàn)LD曲線是由板料在不同應變路徑下的局部失穩(wěn)極限應變ε構(gòu)成的條帶形區(qū)域或曲線，它是判斷和評定金屬薄板成形性最為簡單和直觀的方法，通過分析零件變形大小與成形極限的關(guān)系，可以確定零件沖壓成形的危險部位并判斷材料使用是否合理，有助于科學評估板材對零件的實際成形效果，是解決板材沖壓問題的一個非常有效的工具，同時也是對沖壓工藝成敗的一種判斷曲線。從FLD圖中可以看出此次拉深基本是安全的，絕大部分點在極限曲線范圍內(nèi)，無起皺現(xiàn)象，但存在一定的拉破風險。

成形模擬的結(jié)果如圖7，在圖7中，綠色顯示部分表示拉深安全區(qū)域，紫色區(qū)域表示有壓應力，有起皺的可能，但起皺部分最后會被切邊工序切掉，無厚度過薄及破例現(xiàn)象。

圖7 成形模擬結(jié)果

最后，再看看成形厚度分布云圖，見圖8所示：

圖8 成形厚度分布云圖

從成形厚度分布云圖中可以看到任意位置的厚度，從圖8中可以發(fā)現(xiàn)基本是合理的。

通過對模擬結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)本次模擬參數(shù)是很有參考價值的，這點在后階段的模具開發(fā)過程中得到了驗證。

3 小結(jié)

通過Autoform成形分析，可以幫助設(shè)計人員驗證成形參數(shù)，也可以加強設(shè)計人員對本產(chǎn)品及類似產(chǎn)品的成形工藝的認識，很大程度地提高了模具設(shè)計的效率，為之后的模具設(shè)計及成形參數(shù)調(diào)整打下了很好的基礎(chǔ)。

在運用Autoform軟件分析產(chǎn)品成形工藝時，常常會遇見模擬結(jié)果不如意的情況，這時，大家就需要靈活地調(diào)整自己的模擬參數(shù)，如壓邊力、毛坯大小、拉延筋等。

4 結(jié)語

Autoform軟件在不斷更新，功能也越發(fā)強大，分析的可靠性也更好。Autoform分析可以為我們的模具設(shè)計及試模提供一些參考，很大程度上節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)周期，Autoform小巧、計算快、操作簡單，在汽車鈑金件成形方面有很大的優(yōu)勢，值得推廣應用。

參考文獻

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[2] 李飛舟.基于Autoform的汽車覆蓋件成形有限元分析[J].熱加工工藝，2010，39（15）.

[3] 劉細芬，黃華艷.基于AutoForm的汽車覆蓋件沖壓成形仿真技術(shù)研究[J].中國農(nóng)機化，2010，229（3）.

作者簡介：許紅伍（1977-），男，湖北仙桃人，供職于蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學院中德工程學院，碩士，研究方向：板料成形分析及模具設(shè)計。

（責任編輯：秦遜玉）