AUTOFORM分析拉延成型

1、常見(jiàn)缺陷及解決辦法1 1 拉延開(kāi)裂開(kāi)裂是拉延工序中最為常見(jiàn)的缺陷之一，其表現(xiàn)為岀現(xiàn)破裂或裂紋，產(chǎn)品部分如果岀現(xiàn)破裂或者裂紋將被視為不合格產(chǎn)品， 所以必須予以解決。產(chǎn)生開(kāi)裂的原因大致有：(1 1 )產(chǎn)品工藝性不好，如 R R 角過(guò)小、型面變化劇烈、產(chǎn)品深度較深以及材質(zhì)成形性能差等。(2 2 )工藝補(bǔ)充、壓邊圈的設(shè)計(jì)不合理。(3) 拉延筋設(shè)計(jì)不合理，不能很好的控制材料流動(dòng)。(4) 壓邊力過(guò)大。(5) 模具型面表面粗糙度達(dá)不到要求，摩擦阻力大。(6 6 )模具加工精度差，凸凹模間隙小，板料流動(dòng)性差。目前，主要通過(guò)改善產(chǎn)品工藝性、設(shè)計(jì)合理的坯料形狀、增加刺破刀、加大R R 角、合理設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充及壓料面

2、、調(diào)整拉延筋阻力及壓邊力和模面鏡面處理等方式來(lái)解決拉延開(kāi)裂問(wèn)題。2 2起皺起皺是拉延工序中另一個(gè)常見(jiàn)的缺陷，也是很難解決的板件缺陷。板件發(fā)生起皺時(shí)，會(huì)影響到模具的壽命以及板件的焊接， 板件發(fā)生疊料時(shí)還會(huì)使模具不能壓合到底，從而成形不岀設(shè)計(jì)的產(chǎn)品形狀，同時(shí)，由于疊料部位不能進(jìn)行防銹處理，容易 導(dǎo)致板件生銹而影響到板件的使用壽命，給整車(chē)安全造成隱患。目前主要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)上來(lái)解決起皺問(wèn)題，歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)：(1 1 )產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免型面高低落差大、型面截面大小變化劇烈，在不影響板件裝配的情況下，在有可能起皺的部位 加吸皺包。(2) 工藝上可以考慮增加整形工序。(3)分模線(xiàn)調(diào)整。隨著分模

3、線(xiàn)的調(diào)整，往往會(huì)伴隨著開(kāi)裂缺陷的產(chǎn)生，目前主要通過(guò)使用CACAE E軟件來(lái)分析確定合理的分 模線(xiàn)位置。(4) 在工藝補(bǔ)充面上增加吸料筋、工藝臺(tái)階等，將多余的料消化掉。(5 5 )合理設(shè)計(jì)拉延筋，以確保各個(gè)方向進(jìn)料均勻?yàn)槟繕?biāo)。(6 6 )當(dāng)開(kāi)裂與起皺同時(shí)存在，且起皺不被允許時(shí)，一般先解決起皺再解決開(kāi)裂。AutoFormAutoForm 模擬分析算法AutoFormAutoForm 模擬分析算法主要有兩種：隱式算法和一步成形法。1 1 隱式算法靜態(tài)隱式算法是解決金屬成形問(wèn)題的一種方法。在靜態(tài)隱式算法中，在每一增量步內(nèi)都需要對(duì)靜態(tài)平衡方程迭代求解。理論上在這個(gè)算法中的增量步可以很大，但是實(shí)際運(yùn)算中要

4、受到接觸以及摩擦等條件的限制。隨著單元數(shù)目的增加，計(jì)算時(shí)間幾乎呈幾何級(jí)數(shù)增加。由于需要矩陣求逆以及精確積分，對(duì)內(nèi)存要求很高。隱式算法的不利方面還有收斂問(wèn)題不容易得 到解決以及當(dāng)開(kāi)始起皺失穩(wěn)時(shí)，在分叉點(diǎn)處剛度矩陣岀現(xiàn)奇異等。其中靜態(tài)隱式算法多配合動(dòng)態(tài)顯式算法用于求解成形后 的回彈分析。2 2一步成形法一步法有限元方程利用虛功原理導(dǎo)岀，其基本思想是采用反向模擬。將模擬計(jì)算按照與實(shí)際成形相反的順序，從所期望的成形后的工件形狀通過(guò)計(jì)算得岀與此相對(duì)應(yīng)的毛坯形狀和有關(guān)工藝參數(shù)。板材成形過(guò)程的變形決定其有利于進(jìn)行方向模擬。在沖壓成形過(guò)程中，成形后的工件為一空間曲面，而板料毛坯為一平板。以板平面為X X-Y

5、Y 坐標(biāo)平面，整個(gè)成形過(guò)程中各質(zhì)點(diǎn)的 Z Z 向位移是確定的。采用有限元計(jì)算求解時(shí)，節(jié)點(diǎn)未知量?jī)H為X X 和 Y Y 方向的位移。板料成形的方向模擬多采用近似方法，假設(shè)變形過(guò)程為簡(jiǎn)單加載過(guò)程，用塑性變形的理論進(jìn)行模擬分析。在分析的過(guò)程中以利用工件形狀進(jìn)行計(jì)算，用 簡(jiǎn)化的方法避免了非常麻煩的接觸處理。一步法方向模擬要求輸入的數(shù)據(jù)少，因此可以在概念及初期設(shè)計(jì)階段就投入使用， 可以預(yù)測(cè)毛坯形狀，整個(gè)計(jì)算可以很快地求解岀結(jié)果，因此可以反復(fù)調(diào)整參數(shù)進(jìn)行計(jì)算模擬，對(duì)毛坯形狀、壓邊力和拉延 筋等進(jìn)行優(yōu)化。3 3. AutoFormAutoForm 分析流程分析一個(gè) CADCAD 模型的一般步驟是：導(dǎo)入 CA

6、DCAD 模型（軟件自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分）、網(wǎng)格檢查及空洞填充、確定基準(zhǔn)模具、料 厚及沖壓方式、工具設(shè)定、坯料尺寸確定及網(wǎng)格自動(dòng)劃分、材料選擇、拉延筋布置、工藝參數(shù)設(shè)置和分析計(jì)算等。轎車(chē)翼子板模擬流程分析1 1.導(dǎo)入 CADCAD 模型由于 AutoFormAutoForm 曲面處理功能的局限性， 對(duì)一些曲面問(wèn)題很難解決， 所以有必要在三維 CADCAD 軟件 NXNX 里對(duì)工藝數(shù)模進(jìn)行檢 查，避免出現(xiàn)面交叉、面重疊等曲面問(wèn)題，同時(shí)須提取B B 曲面，保證工藝數(shù)模在導(dǎo)入 AutoFormAutoForm 時(shí)不出現(xiàn)面丟失、面交叉等缺陷（見(jiàn)圖 1 1 ）。圖 1?1?導(dǎo)入 CADCAD 模型2 2 網(wǎng)

7、格檢查及空洞填充工藝數(shù)模導(dǎo)入之后，AutoFormAutoForm 會(huì)自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，可以通過(guò)顯示網(wǎng)格邊界的方式檢查網(wǎng)格質(zhì)量，對(duì)于平坦的空洞可以 通過(guò)自動(dòng)填充來(lái)解決，如果對(duì)填充的效果不滿(mǎn)意，可以通過(guò)改變參數(shù)maxmax sizesize 值來(lái)解決問(wèn)題，對(duì)于邊界復(fù)雜的空洞，AutoFormAutoForm 填充不能得到理想結(jié)果時(shí)，需要在 NXNX 軟件中對(duì)數(shù)?？斩催M(jìn)行填充。3 3確定分析類(lèi)型、模具基準(zhǔn)、料厚及沖壓方式(1)AutoFormAutoForm 提供了增量法與一步法兩種求解方式，對(duì)于成形性分析選用incrementalincremental 增量法能得到更加精確的結(jié)果。(2) 根據(jù)客

8、戶(hù)要求，該件生產(chǎn)時(shí)所在沖壓線(xiàn)首臺(tái)設(shè)備為雙動(dòng)機(jī)床，所以本文選擇雙動(dòng)拉延方式。(3)根據(jù)客戶(hù)要求，設(shè)定料厚為0.8mm0.8mm。(4 4 )根據(jù)產(chǎn)品數(shù)模給定的料厚基準(zhǔn)，選擇凹模為幾何偏置基準(zhǔn)。4.4. 工具設(shè)定對(duì)于拉延分析而言，需設(shè)定凹模、凸模和壓邊圈三個(gè)工具，其中凹模處于坯料的下面，凸模、壓邊圈處于坯料的上部，各工具的工作方向均為工具指向坯料的方向， 軟件默認(rèn) Z Z 軸的負(fù)方向?yàn)闆_壓方向，工具的工作方向與沖壓方向相同時(shí)為正值， 相反時(shí)為負(fù)值，女口凹模工作方向?yàn)榘寄Ｖ赶蚺髁系姆较颍礊?Z Z 軸負(fù)方向，因此凹模工作方向?yàn)檎?。凸模與壓邊圈由凹 模網(wǎng)格偏置得到，工作方向?yàn)樨?fù)值。5.5. 坯料尺

9、寸、材質(zhì)確定及網(wǎng)格自動(dòng)劃分AutoFormAutoForm 提供了 5 5 種不同的方式來(lái)設(shè)定坯料的大?。和ㄟ^(guò)畫(huà)線(xiàn)的方式來(lái)得到坯料線(xiàn)輪廓；輸入IGSIGS 格式的坯料文件；通過(guò)中心坐標(biāo)、長(zhǎng)和寬的方式輸入坯料尺寸；通過(guò)復(fù)制現(xiàn)有模型中的線(xiàn)來(lái)作為坯料線(xiàn)；通過(guò)對(duì)模型中的線(xiàn)進(jìn)行拓展而得到的線(xiàn)作為坯料線(xiàn)(見(jiàn)圖 2 2 )。圖 2?2?坯料尺寸確定本次分析所采用的坯料線(xiàn)是由 NXNX 軟件設(shè)計(jì)的，通過(guò) IGSIGS 的方式導(dǎo)入到模型中，材料為特深沖用熱鍍鋅鋼板DC54D+ZDC54D+Z，該材料耐腐蝕能力強(qiáng)、有良好的力學(xué)性能、加工性和焊接性，屈服強(qiáng)度為140140220MPa220MPa，抗拉強(qiáng)度為 270

10、270350MPa350MPa，n n值不小于 0.180.18 ,值不小于 1.61.6，斷后延長(zhǎng)率不小于 36%36%。AutoFormAutoForm 提供了較為完善的材料庫(kù)，包括中國(guó)、日本、歐洲以及美國(guó)等常用鋼板材料，用戶(hù)可以新建或者修改現(xiàn)有材料 庫(kù)參數(shù)，并且可以通過(guò)設(shè)置rollroll angleangle 參數(shù)來(lái)設(shè)置板料的軋制方向。6.6.拉延筋布置在沖壓成形中，為了限制板料的流動(dòng)，需要設(shè)置各種形狀的拉延筋。AutoFormAutoForm 中不需要建立實(shí)際的拉延筋有限元模型,而是采用一些曲線(xiàn)來(lái)模擬拉延筋行為，當(dāng)板料流過(guò)時(shí)，施加拉延筋阻力(見(jiàn)圖3 3 )。采用這種等效拉延筋后， 在

11、分析時(shí)可以很方便的調(diào)整拉延筋阻力，節(jié)省分析時(shí)間，分析成功之后再根據(jù)相應(yīng)的拉延筋阻力系數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)真實(shí)拉延筋幾何形狀。7.7.工藝參數(shù)設(shè)置這一步主要是對(duì)摩擦系數(shù)、壓邊力以及沖壓速度等工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)槔臃治鰹榈湫偷墓に嚪治觯?門(mén)針對(duì)拉延分析的模版，所以只需要修改一些工藝參數(shù)即可，在輸岀結(jié)果的界面選擇默認(rèn)輸岀結(jié)果即可,延筋分析，默認(rèn)的板料網(wǎng)格大小以及時(shí)間步長(zhǎng)大小都可以滿(mǎn)足正常分析的需要。8 8 分析計(jì)算以上步驟完成以后，可以用動(dòng)畫(huà)的形式檢查一下工具的運(yùn)動(dòng)情況，如果沒(méi)有問(wèn)題就可以提交計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果文件都保存在*.sim*.sim 文件中，在計(jì)算的過(guò)程中隨時(shí)可以查看計(jì)算結(jié)果。9 9. CAECAE

12、 結(jié)果判斷計(jì)算完成之后，就可以用后處理打開(kāi)結(jié)果文件，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析、判定。AutoFormAutoForm 有專(zhuān)由于采用虛擬拉圖 3?3?等效拉延筋JMI(1 1 )料厚減薄評(píng)價(jià)。判斷準(zhǔn)則：?jiǎn)蜗蚶靺^(qū)域，減薄超過(guò)極限料厚一律視為破裂；單向拉伸區(qū)域和雙向拉伸區(qū)域，減薄 超過(guò) 3030律視為破裂；雙向拉伸區(qū)域，減薄在極限料厚和3030 %之間，查看 FLDFLD 指示。對(duì)于外覆蓋件，需同時(shí)評(píng)價(jià)最大變薄及最小變薄，將料厚減薄云圖的刻度設(shè)置為-0.3-0.30.020.02，用不同顏色來(lái)顯示，最大減薄為-0.283-0.283，產(chǎn)品部分的最小變薄率大于0.020.02。本文所例產(chǎn)品料厚減薄情況如圖4 4 所示。圖 4?4?料厚減?。? 2）成形極限圖。成形極限圖刻度如圖5 5 所示，可以看出雙向拉伸區(qū)域有黃色，說(shuō)明有開(kāi)裂的趨勢(shì)，但離極限曲線(xiàn)還有一定安全量。Minor strainForming Limit Diagram圖 5?5?成形極限（3 3）主應(yīng)變和副應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)。通過(guò)主應(yīng)變和副應(yīng)變來(lái)評(píng)價(jià)拉延質(zhì)量，在產(chǎn)品內(nèi)基本都屬于雙向拉伸狀態(tài)，拉延質(zhì)量良好, 副應(yīng)變和主應(yīng)變變化情況如圖 6 6、7 7 所示。ffra上曲_|0羅圖 6?6?副應(yīng)變變化圖 7?7?主應(yīng)變變化(4(4)滑移線(xiàn)評(píng)價(jià)。外板件要求在