基于Dynaform的汽車覆蓋件拉深成形分析

倪洪啟等

摘要：隨著我國汽車產業的快速發展，車輛車身開發也越來越注重性能、裝飾等細節，對于較為復雜的造型，零件拉延成形的難度也較大，在模具試沖壓以及調試、驗證過程中產生的各種問題也引起了設計人員的重視。本文基于Dynaform軟件，對汽車覆蓋件拉深成形進行數字模擬仿真，并對相關工藝參數進行優化，以期提高模具制造的經濟性和汽車覆蓋件的質量。

關鍵詞：Dynaform；汽車覆蓋件；拉深成形

汽車車身開發的基礎是覆蓋件模具的設計和制造，這也是開發新型車面臨的主要瓶頸之一，汽車覆蓋件沖壓成形取決于覆蓋件設計要求及結構特點，這實際上是一個涵蓋幾何、邊界和材料非線性的大變形、大撓度的彈塑性變形過程。然而，在實際設計和生產過程中，因模具設計不合理而引發的成形缺陷問題時有發生。如果借助常規試錯法進行糾正，不僅對資源造成了嚴重的浪費，也難以適應產品快速更新的發展要求。基于Dynaform軟件，對汽車覆蓋件拉深成形進行數字模擬仿真，有助于模具的開發，且能夠為生產實踐提供一定的指導。

1.Dynaform軟件及在汽車覆蓋件方面的應用

1.1 Dynaform軟件

Dynaform是當前較為流行的一款板料成形分析軟件，具備強大的分析和處理功能，這些功能實現主要基于動力顯式積分算法、板殼有限元理論、網格細化自適應技術、多工步成形模擬技術以及有限元模型建立的若干技巧。該軟件可以對設計的數值進行模擬，將板料變形過程中的應變和應力分布顯示出來，便于對各種成形缺陷進行準確的預測。

1.2基于有限元的汽車覆蓋件沖壓工藝

數據模擬技術在國內模具工業的應用還相對不足，與發達國家相比還存在很大差距，從目前覆蓋件沖壓工藝的發展情況來看，模具設計制造中，新模式正在逐漸取代舊模式，數字化塑性成形已經成為一種發展趨勢，就拉延方案而言，最先要解決的問題就是拉延方向的確定，即要適當改變凹形及反拉延的形狀，然后再在后續工序中對改變的部分進行調整，以達到覆蓋件設計要求。基于Dynaform軟件的沖壓方向，其在確定時要考慮到以下問題：一是在調整沖壓方向時應先計算零件的最大寬度或最小拉延深度；二是在檢查沖壓方向時應從選擇拉延深度、沖壓負角和拔模角度入手，以此來確定沖壓方向[1]。

2.基于Dynaform的覆蓋件拉深成形仿真分析

2.1拉深成形工藝參數分析及拉延件設計

在對覆蓋件壓料面以及工藝進行補充設計時，首先要確定拉延方向，為拉深成形奠定基礎，再有，拉延筋對調節材料流動，以及提高拉延件的剛度和覆蓋件的質量也至關重要，因此，有必要對這些基礎工藝參數進行優化，對于需要拉深的部位，通過凸模可一次成形，剛開始拉深時，應盡量讓兩側進入凹模的材料保持均勻，在接觸凸模時應采取多點分布的方式，使拉深深度既淺又均勻。

接下來要對壓面料和工藝補充部分進行設計，二者是構成拉深成形工藝參數的重要組成部分，對其進行優化，有助于改善拉延條件。壓料面對拉深工作影響很大，其形狀是確保材料順利流入凹模的首要條件，沒有壓料面難以拉深出符合質量要求的覆蓋件，在設計中，壓料面長度應小于相應的凸模頂部的表面長度，以消除凸模頂部波紋，同時將頂面接觸毛坯，這樣成形更容易；在接觸毛坯時，從中間向外擴展，會增加中間部分張力，制件剛性也會提高[2]。對于工藝補充面的設計，應考慮拉深進料條件、修邊工序要求以及壓料面形狀。在此，通過對基于Dynaform的覆蓋件拉深成形的仿真分析，可以提前預測出板料成形過程中存在的破裂、劃痕、起皺等缺陷，并對板料成形性能進行評估，這些功能主要通過模面處理模塊來實現，該模塊為設計人員提供簡潔、易操作的用戶界面，導入產品零件數模后，便能夠完成整個模面工藝設計。

2.2覆蓋件拉深成形方案設計及計算機仿真工序步驟

基于Dynaform的覆蓋件拉深成形方案，主要包括前處理、后處理和板料成形三項內容，分別通過前處理模塊、后處理模塊和板料成形模塊實現。前處理模塊是用來構造和修改模型的，單元模型的產生也由此來完成，并能夠對修補模型和與之相關的添加邊界條件進行檢查，將在此模塊中設計好的模型參數以及加載條件輸入分析菜單中，并提交給基于有限元逆算法的模擬，覆蓋件拉深成形方案的前期設計也基本上得以完成。利用Dynaform軟件對覆蓋件拉深成形進行仿真分析，其工序步驟可分為以下三步：第一步是拉延的基礎工藝處理，這需要在仿真分析前完成，然后建立數字化拉延模型，該模型的建立要符合工藝方案設計要求；第二步為數模導入，數模應與沖壓方向一致，以便于計算時拉延坯料的輸入和輸出，以及后續調整，這也是拉深成形方案的前處理部分；第三步為仿真結果分析，完成凸模、凹模以及壓邊圈的定義，這是拉深成形方案的后處理部分[3]。

3.結論

基于基于Dynaform的沖壓模擬仿真，保證坯料外形的合理性能夠有效改善破裂、起皺等缺陷，而合理設置拉深筋，調整其高度和阻力，則有利于保證汽車覆蓋件的成形性。由此可見，利用Dynaform軟件對汽車覆蓋件拉深成形進行數字模擬仿真，優化工藝參數，有利于沖壓成形工藝的提高。

參考文獻：

[1]吳轉萍.基于DYNAFORM的汽車覆蓋件典型零件的成形工藝研究[D].西安石油大學，2011.

[2]劉細芬，黃位健.基于Dynaform的汽車覆蓋件拉延成形仿真研究[J].熱加工工藝，2013，11（3）129-131.

[3]朱澤華.基于DYNAFORM平行流蒸發器側板拉深工藝優化及模具設計[D].湘潭大學，2012.