基于CAE技术的冲压件工艺性分析

吕淑艳，孙朝晖

（1.包头职业技术学院 材料成型技术系，内蒙古 包头 014035；2.包头北奔重型汽车有限公司，内蒙古 包头 014032）

基于CAE技术的冲压件工艺性分析

吕淑艳1，孙朝晖2

（1.包头职业技术学院 材料成型技术系，内蒙古 包头 014035；2.包头北奔重型汽车有限公司，内蒙古 包头 014032）

介绍了基于CAE技术的冲压工艺性分析。结合汽车零件的设计实例，阐述了利用CAE技术分析冲压工艺性的方法。提高了模具设计、制造效率，为同类零件的设计提供了借鉴。

机械制造；冲压工艺性；CAE；模具设计

1 引言

在汽车零件冲压模具开发过程中，零件冲压工艺性的分析和工艺方案的制定至关重要，将直接影响到后序模具的加工和现场调试时间以及最终模具的试模次数。冲压件的工艺性是指冲压件生产加工的难易程度。冲压件的加工工序很多，每个工序的工艺性又各不相同，即使是同一个零件，不同的生产厂家、不同的设计人员，其工艺设计也不尽相同。因此，在满足使用要求的前提下，零件设计应力求简单、规则、对称，以便节省原材料，减少冲压工序和模具套数，提高模具使用寿命，最终使零件成本降到最低[1]。

2 CAE技术

CAE是采用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法[2-5]。目前主流的冲压CAE软件主要有：ESI公司的 PAMSTAMP、ETA公司的DYNAFORM和AUTOFORM公司的AUTOFORM。三款软件各有特色。

3 冲压件工艺性分析

冲压件工艺性分析一般包含以下几方面：材料选择，冲压方向优化，修边合理性分析，零件排料分析和冲孔的优化分析等。

3.1 材料选择

图1 更换材料前后变薄量对比（a）DC04材料，最大变薄量44%（b）DC06材料，最大变薄量26%

制件材料的选择大多根据生产经验和零件自身的性能要求。选择合理的材料不但会减少冲压工艺设计和模具制造的时间，而且可以保证零件的各方面性能。一旦需要更换材料，将导致和材料有关的数据分析结果必须重新计算，所以说正确选择制件的材料至关重要。

有些零件受搭接关系及零件特征限制，无法对产品进行更改，而其材质又无法满足成形工艺要求。因此，只能通过改善材质解决材料成形性问题。如图1所示，更换材料后零件成形性得到改善。

3.2 冲压方向优化

由于产品设计时的疏忽，使产品某些区域在拉延工序冲压方向下出现负角，在负角的区域，零件是无法成形的，而且在模具结构中也同样无法实现。拉延负角的消除措施主要是：在拉延工序冲压方向基本确定的情况下，按照冲压方向，将零件出现负角区域的型面进行调整，直至最后消除负角，零件满足模具结构设计要求为止。如图2所示，对零件的冲压角度进行了自动检查，在不影响零件使用要求情况下，对零件的型面进行了处理，最后消除了负角的区域。

3.3 修边合理性分析

对于零件最初的边界确定，设计者更多考虑的是边界的光顺性，但在某些情况下这样的边界反而导致修边时模具的刃口太弱，甚至无法修边。此类缺陷主要的解决方法是对产品边界的形状进行适当的处理，使零件最终满足修边要求。如图3所示。

图2 拉深负角问题的改进

3.4 零件排料分析

在零件的设计过程中，根据零件自身功能要求和零件轻量化设计的需要，经常需在零件的某些区域增加工艺缺口。但工艺缺口的尺寸和位置设计很重要，否则很容易导致零件修边时排料困难，甚至出现卡料现象。解决这类缺陷的方法通常是去除工艺缺口或者适当修改工艺缺口的形状。如图4所示。3.5 冲孔的优化分析

冲孔是冲压工序中的重要内容，冲孔质量影响整个零件的装配质量，也影响冲压模具的制造成本。因此在进行冲孔分析的时候，尽量能优化产品冲孔角度及冲孔位置，降低制造难度和制造成本。冲孔优化分析包括孔到边缘的安全距离分析，冲孔间距离分析，冲孔角度分析等方面。

图3 修边困难问题的改进

图4 排料困难问题的改进

如图5所示，原产品设计在斜面上冲孔，冲孔角度20°。虽然冲压模具可以实现，但必须采用斜楔机构冲孔，成本高还可能增加工序。基于上述工艺考虑，将斜面上的冲孔改造成平台上冲孔。这样既有利于冲孔的精度又能降低模具的制造成本。

图5 斜面冲孔问题的改进

4 总结

本文以汽车零件为研究对象，总结了零件设计阶段存在的工艺性缺陷。针对不同的缺陷形式，提出了合理的改进方案，提高了零件设计和模具制造的能力，为今后零件的开发提供了宝贵的经验。

[1] 王孝培.实用冲压技术手册[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2] 罗亚军,杨 曦,何丹农，等.板料成形中的有限元数值模拟技术[J].金属成形工艺，2000，18（6）：1-3.

[3] 胡 平，张向奎，郭 威，等.冲压件成形数字化快速设计、分析与制造CAE仿真系统及其相关技术[A].中国科学院科学论坛第二十三次学术报告会议，2006.

[4] 方 刚，雷丽萍，曾 攀.基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计[J].模具工业，2002，25（6）.

[5] 林忠钦，李淑慧，于忠奇.车身覆盖件冲压成形仿真[M].北京：机械工业出版社，2005.

Analysis of punching process based on CAE technology

LV Shuyan1,SUN Zhaohui2
（1.Material Forming Technology Department,Baotou Vocational&Technical College,Baotou 014035,Inner Mongolia China;2.Baotou Beiben Heavy Truck Co.,Ltd.,Baotou 014032,Inner Mongolia China）

The analysis of punching process based on CAE technology has been introduced in the text.Taking the auto parts as an example,the method to analyze the punching process based on CAE Technology has been expounded.The design and manufacture efficiency of the tool have been improved,which provides the reference of the design for the same kind of parts.

Punching process;CAE;Die design

TG386.3

A

1672－0121（2012）02－0068－02

2011-12-07

吕淑艳（1976-），女，讲师，从事模具设计与制造教学科研