冷冲压模具中板料成型的CAE分析

杨国星

（天津轻工职业技术学院，天津 300350）

冷冲压模具中板料成型的CAE分析

CAE analysis of sheet metal forming in cold stamping mold

杨国星

（天津轻工职业技术学院，天津 300350）

目前，衡量国家制造业整体水平的主要标志就是模具设计发展情况，进一步发展工业，需要发展多功能、高效、复杂、大型、长寿、精密的设备，依据冷冲压模具基本发展情况，融合CAE技术有效分析冷冲压模具技术。实际生产模具的时候，能够及时发现生产问题，依据CAE分析数据结果来合理修改设计模具的实际方案，从而达到降低模具生产周期的目的。本文主要研究了冷冲压模具中板料成型的CAE分析。

冷冲压模具；板料成型；CAE

现阶段，已经开始广泛应用冷冲压模具，占据整个模具行业中将近一半的比例，但是由于这种模具受到技术和缺陷的影响以及限制，在实际应用冷冲压模具的时候会形成很多问题，例如，如果不能恰当对零件进行排料，会降低材料使用的效率，从而增加整体成本，提高零件外部扭曲程度，加工和连料工艺中的连续料带出现问题，针对一些有特殊精度和孔位置需求的模具来说，应该适当进行斜契冲孔；如果工件出现比较小的尖角两侧余斜，压料十分不容易，氮气弹簧作为辅助压料，因为加入特殊部件价格比较高，会提高整体生产成本，因此，需要更高规范需求的模具，并且关注生产利润，为板料零件成功的设计级进模具，应该分析多方面因素，尤其是想要生产一种合格的零部件，需要反复试验和调试，并且依据相应有经验的模具钳工和设计师来共同完成设计，经过不断改变和修正，会浪费大量金钱和时间。随着不断发展科学技术以及金属材料，汽车行业为了不断满足实际生产需求也在不断开发新材料，所以，实际生产中应用传统的模具设计经验已经不能满足社会发展需求以及发现材料性能，导致设计模具的时候会形成很多缺陷和不足，提高设计成本以及浪费时间，为了能够获得最大化利润，企业会缩短周期，发展模具质量提高技术也成为必然趋势，并且在实际生产中已经得到应用。

1 板料冲压成型过程中存在的缺陷

板料冲压成型过程中受到多方面因素影响和限制，其中主要需要面对的问题是，是否能够依据预期规定的轨道来对材料进行变形。冲压板料后，会形成不同程度的材料缺陷，有些缺陷虽然能够被忽略，但是如果是存在特殊需求的一些部件，就会造成极大的影响。在实际生产中，一般会极大程度上影响模具设计的效果，起皱、回弹、破裂等是比较大的影响因素[1]。

图1是某品牌汽车公司研究的副车架的零部件，存在十分复杂的形状，级进膜制作的过程中，存在相对复杂的压力边和连料，存在相应研究价值以及制度难度，设计本零部件的时候主要应用的制作方式就是一出二对称，能够在一定程度上增加生产效率以及材料利用率。本品牌属于宝钢生产的S420MC，是细晶粒钢，厚度是3.25 mm、宽度是129 mm、长度是184 mm，冷成性能相对比较好，一般情况下适合应用在高强度要求、冷成性能良好的汽车横梁或者大梁结构中。

图1 模具3D模型

2 调整数值模拟压边力

设计模具的时候，压力边会严重影响部分工艺和压料力中选择顶料弹簧型号，也会在一定程度上影响级进膜均匀分配各个步骤。如果过大的设置压力边，会出现一定破裂，如果过小的设置压力边，会出现零件的法兰出现部分起皱问题，因此，应该合理计算输入前的实际需求，保证能够科学、合理的设置压力边。计算压力的基本公式为：FQ=Ap，上述公式中p是依据材料自身情况确定的单位压力边（MPa），A是毛坯在压边圈中的投影面积（mm2），经过计算和分析能够得到160 000 N的压边力，分析160 000 N压边力的实际情况和数据结果。从而我们能够发现，零部件圆角部位会适当形成黄色和红色部分，此时说明零部件已经存在部分破裂，也就说具备过大的压力边，适当调整缩小压边力，设置压边力为8 000 N，经过大量研究可以发现，基于上述情况压边力的影响，能够获得符合实际需求的零部件[2]。

3 调整数值模拟摩擦系数

设计模具的时候，选择材料的情况与摩擦数息息相关，例如，压边圈材料、凹凸模材料、工件材料等，会在一定程度上影响计算压力的实际结果[3]。具备越大的凹模和坯料间摩擦系数，越会影响以后形成工件的实际成型效果促使设计工件的时候经常出现毛刺、起皱的问题。因为不断提高摩擦系数，会降低上述问题的发生，适当提高模具实际冲压力能够在一定程度上消除部分摩擦力，但是在设计过程中还应该充分考虑经济价值，所以，设计模具的过程中，适合应用Dynaform软件来事先模拟分析摩擦系数，依据设计过程中的实际经验以及相关计算公式，合理设置摩擦系数是0.16。经过大量研究表明，零部件边缘会形成一些破裂或起皱现象，也就存在比较大的摩擦系数，所以，应该降低设计中的摩擦系数，设置摩擦系数是0.125，此时能够生产出符合实际情况的零部件[4]。

4 分析数值模拟回弹现象

冷冲压模具设计的过程中，世界上大部分设计师一直被困扰的问题就是回弹现象，在研究数值模拟软件以后可以有效改善回弹问题，但是因为有多方面因素会影响回弹量的实际大小，因此，就算已经具备成熟有限元分析模具的实际，还是不能十分精确的分析和判断数值，从而需要在实际生产中合理调试数值，在设计生产中想要降低时间，需要精确模拟分析技术[5]。3D数模形状与回弹问题息息相关，会适当影响模具设计的形状，存在相对复杂的分析过程，其中基本设计方式的开始实际上是展开坯料形状，经过分析以及研究以后，合理改变设计零件特定形状，从而能够得到设计规范需求的参数。设计零部件的之前存在51.8回弹角度，回弹后是51.967，在可接受的氛围内的回弹，能够满足设计生产实际规范要求[6]。

5 结束语

总之，在冷冲压模具设计的时候，应用CAE分析软件具备一定意义和作用，分析对比模具现场试模和仿真过程，有效对比分析设计数据结果，最后对比分析和解决生产零部件中出现的问题，可以发现，冷冲压模具中板料成型中应用Dynaform软件的时候，可以利用有限元分析来找到生产中的问题，以便于最大限度降低维护成本以及生产周期，为进一步研究和分析冷冲压模具中板料成型提供依据和保障。

[1] 田野，黄根哲. 冷冲压模具中板料成型的CAE分析[J]. 长春大学学报（自然科学版），2013，23（2）：394~396.

[2] 李焕芳. 冷冲压模具发展现状[J]. 中国高新技术企业，2010（10）：5~6.

[3] 曹胜豪 . 计算机辅助工程在冷冲压模具设计教学中的应用[J]. 中小企业管理与科技，2013（3）：287~288.

[4] 胡平，盈亮，赵曦，等. 基于 CAx的热冲压模具数字样机的功能开发[C]. //全国先进制造技术高层论坛暨第十一届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集，2012：10~16.

[5] 张晨，夏禹. CAE分析基础的汽车冲压件模具设计[J].江西建材，2015（11）：285，288.

[6] 黄顶社，崔礼春，刘迪祥，等. CAE技术在汽车前轮罩后板拉延模具设计中的应用[J]. 金属加工（冷加工），2013（23）：67~68.

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TG386.3

1009-797X (2015) 24-0206-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.084

杨国星（1983-），女，毕业于天津科技大学，硕士，教师，模具设计与制造和工业设计。

2015-11-17