基于DYNAFORM板料成形模拟

2014-09-23石赞

时代农机 2014年11期

石赞

(湖北工程职业学院，湖北黄石435003)

板料成形是一种复杂的力学过程，其中包含几何非线性、材料非线性、接触非线性等，影响的参数非常多，这对数值模拟技术造成了极大的挑战。随着计算机技术的发展，陆续出现了如DYNAFORM、AUTOFORM、SHEET-3D、ABAQUS等板料成型模拟软件，其中DYNAFORM是其中较为成功的一款软件，是基于LS-DYNA的板料成形模拟专用软件，主要功能包括压边、拉延、弯曲、回弹、多工步成形在内的钣金成形过程、液压成形、辊轧成形、模具成形等。

影响冲压件质量的因素很多，包括压边力的大小、拉延筋的设置、冲压速度、凸凹模间隙等。模具CAD/CAM技术提高了模具制造精度，缩短了设计制造周期，但是对工艺方面的作用不大。从模具开发的整个过程来看，设计初期的模具工艺结构、冲压工艺参数的合理选择将能有效地减少调试修模工作量，缩短开发周期、降低模具成本。

1 试验过程

（1）模面设计。主要包括网格划分，内压料面和内过渡面以及外压料面和外过渡面的创建，还有拉延筋的设置和确定成形工艺参数。

（2）对冲压工具和成型毛坯进行定义。分别定义凹模、凸模和压边圈。基于dynaform板料成形模拟，板料采用DQSK37#（08AL冷轧深冲镀锌碳素钢钢板），板料厚度为1mm，板料单元采用Belytschko-Tsay薄壳单元，该材料性能参数如下：密度ρ=7.85g/cm3,杨氏模量E=2.07105MPa，泊松比μ=0.28，屈服应力σs=154.3MPa,硬化模量Et=520.4MPa,各向异性系数r=1.653,冲压零件模型如图1所示：

图1 冲压零件模型

图2 凸模运动加载曲线

（3）成形参数设置。①凸模运动曲线设置。设置工具运动和加载曲线如图2所示；②压边圈加载曲线设置。设置压边圈加载曲线如图3所示；③拉延筋加载曲线设置。设置拉延筋加载曲线如图4所示。

图3 压边圈加载曲线

图4 拉延筋加载曲线

2 成形分析

（1）压边力对成形性能的影响。外过渡面圆角半径（即凹模圆角半径）为12mm，冲压速度3000mm/s及压边力300kN和400kN时成形性能比较如图5所示。

图5 压边力对成形性能影响

压边力从300kN增大到400kN时，成形面部位的绿色区域稍有增加，即成形效果有稍微的改善，但是效果不太明显。

（2）冲压速度对成形性能的影响。外过渡面圆角半径为12mm，压边力300kN及冲压速度2000mm/s和3000mm/s时成形性能比较如图6所示。

图6 冲压速度对成形性能的影响

当冲压速度从2000mm/s增大到3000mm/s时，成形面未充分变形区域显著减少，板料成形效果比较好，没有变皱，在成形面与内过渡面接触部位有一定的拉裂和破裂倾向，但对拉延成形没有什么影响，因此成形效果改善很明显。

（3）凹模圆角半径对成形性能的影响。外过渡面圆角半径为12mm和18mm时，冲压速度3000mm/s和压边力300kN时成形性能比较如图7所示。

图7 凹模圆角半径对成形性能的影响

当凹模圆角半径从12mm增大到18mm时，成形面部位未充分变形区域显著减少，板料成形效果比较好，没有变皱，虽然在成形面与内外过渡面接触部位有较多的拉裂，但是后来需要切除，因此对板料成形面没有什么影响，所以，当凹模圆角半径增大时，板料冲压成形效果有很大的改善，板料的冲压质量很好。

（4）拉延类型对成形性能的影响。外过渡面圆角半径为18mm，冲压速度2000mm/s和压边力300KN，单动和双动拉延时成形性能比较如图8所示。

图8 拉延类型对成形性能的影响

单动拉延时，成形面部位都充分拉延成形，效果较好，虽在过渡面接触部位有较多的拉裂，但后续工序需要切除，因此对板料成形影响不大；双动拉延时，成形面主要部位拉延都未充分变形，只在过渡面接触部位有极少量的变形，而且有褶皱的倾向，成形效果很不好。对比发现，凹模圆角半径为18mm，压边力为300kN，冲压速度为2000mm/s时，单动比双动拉延成形效果要好得多。