基于Dynaform软件的汽车消声器连结法兰盘毛坯尺寸的计算

赵博宁

（柳州铁道职业技术学院，广西 柳州545616）

0 引言

冲压成型产品的质量与初始毛坯形状和尺寸有很大的关系。若毛坯尺寸或者形状选择不合适时，产品极易出现起皱、开裂等缺陷，有的可能成型都不可能。本文所涉及的汽车消声器法兰主要采用冲压工序有落料、翻边，此零件成型的最大难点是翻边后不再采用切边工序来保证零件尺寸，意味着翻边将是其最后一道工序，那么前面的决定零件外形尺寸的落料工序尤为重要。传统的确定毛坯外形尺寸主要是依靠设计人员的经验估算，然后通过不断的工艺验证而确定的，虽然这种经验估算法最终达到生产要求，但是这种方法不仅使模具生产制造周期增长和生产成本高，结果也不准确。随着各种有限元软件的出现，Dynaform软件作为一种高效的辅助软件，被应用于冲压生产和设计中，简化了制件毛坯的计算过程，提高了冲压件的毛坯计算准确度，缩短了生产周期，降低了生产成本[1]。

1 Dynaform软件概述

Dynaform软件是应用比较广泛的一款软件，它不仅可以用于毛坯尺寸、排样和材料利用率的计算，而且用于模拟冲压成形质量，可以分析成型过程中出现的冲压缺陷，对板料的成形性能进行评估，为冲压件的冲压工艺和模具设计提供了很大帮助。其中的Blank Size Engineering（BSE）模块可以直接计算出毛坯的轮廓线，对毛坯形状尺寸计算非常有利。Dynaform软件主要包括三大部分：Dynaform前处理器，Ls-Dyna有限元求解部分，Dynaform后处理器。Dynaform软件毛坯尺寸计算和排样具体的步骤为：三维建模→模型导入Dynaform软件→有限元网格划分→设置材料以及厚度→计算毛坯外形尺寸→添加毛坯轮廓线→设置排样的搭边值，件间距等→得出排样图和材料利用率[2]。具体的步骤如图1所示。

图1 Dynaform冲压件展开及排样流程

2 计算汽车消声器连结法兰盘毛坯外形尺寸

汽车消声器连结法兰盘成型主要用的工序有落料、冲孔、翻边和翻孔工序。翻孔部位在于零件的中心位置，它对于毛坯的外形尺寸影响不大，毛坯的外形尺寸和轮廓主要是由翻边部位决定的。翻边主要部位在外缘部分，翻边角度为90°，翻边线主要是圆弧和直线组成，中间段可以看作是曲线翻边，两端是直线翻边，但是目前没有关于组合曲线的统一计算方法，因此采用Dynaform软件对其展开计算。

2.1 三维建模

无论什么软件计算外形尺寸，都是首先建立三维模型，然后将建立的三维模型导入软件并建立有限元模型，进行有限元分析和仿真结果分析。本文通过UG NX绘制法兰盘的三维模型，结果如图2所示。通常零件毛坯尺寸取其中性面来计算此零件翻边部分相对简单，中性层容易确定。利用UG软件抽取零件的中性层，抽取的中性面面积为7149.1887 mm2，然后将零件中性层曲面模型以igs文件保存。

图2 消声器连接法兰零件

2.2 导入Dyanform软件并进行网格划分

将2.1创建的中性面以igs文件格式导入DYNAFOR软件，并对其进行网格划分，采用MSTEP MESH网格，设置网格最大尺寸为2 mm，最小尺寸为0.5 mm，创建的有限元网格如图3所示。

图3 有限元网格划分

2.3 网格检查、网格修补、法向检查、边界检查和内部孔填补

对2.2创建的有限元网格进行网格检查，发现网格完好，并不需要修补。边界检查后有4个边界，如图4所示，其中冲孔的两个孔边界不需要，所以进行孔修补，修补后如图4所示，再次检查边界。

图4 孔填补

2.4 设置相关参数

设置零件的材料为SPHE材料，选择36号模型，其抗拉强度≥270 MPa，弹性模量为2.07×105 GPa，松泊比为 0.28，密度为 7 850 kg·m-3。

图5 获得的坯料轮廓线

2.5 毛坯外形尺寸计算

利用Bank Size Engineering（BSE）模块下的预处理功能设置求解计算结果和生成报告，结果如图5所示。

3 排样

对于Dynaform软件，在搭边值不变的前提下，裁剪的条料宽度不定的情况下，可以安排不同角度的角度排样，对比计算结果，选出理想的排样结果。为了更好地观察角度对材料利用率的影响，根据零件的外形及材料性质查模具设计手册得到搭边值工件间为1.8 mm，搭边值为2.2 mm[3]，布置方式考虑到模具结构采用单排，并设置了4种倾斜角度（0°，30°，60°，90°（见图 6-图 9））的排样方式。

图60 °排样图

图730 °排样图

图860 °排样图

图990 °排样图

从上面的分析可以得出，当角度为90°时材料的利用率最高（72.478%）。但是再生产中为了方便条料的裁剪，一般都是设置为整数，因此当角度为90°时，设置条料的裁剪宽度为100 mm，如图10所示，再将Dynaform软件中设置条料宽度为100 mm，角度为90°时重新计算利用率是69.78%。角度为0°时，设置条料的裁剪宽度为125 mm，再将Dynaform软件中设置条料宽度为125 mm，角度为0°时重新计算利用率是69.93%。选择材料利用率作为最后的排样结构如图11所示。

图1090 °宽100mm排样图

图110 °宽125mm排样图

4 结论

本文采用Dynaform软件计算消声器法兰盘的毛坯的形状和尺寸，并对其进行排样优化。用Dynaform软件估算毛坯的形状尺寸，可以更好地定义毛坯，使定义的毛坯与实际接近，提高模拟的精度，给模具设计和工艺设计提供重要的参考[4]。利用Dynaform软件计算的汽车消声器法兰毛坯外形尺寸，相比传统的计算方法，提高了计算速度和准确度，并将其在生产中进行实践验证，计算结果准确可靠。当搭边值和件边距给定的前提下，不同的倾斜角度，材料的利用率不一样，采用Dynaform软件计算不同的倾斜角度的材料利用率，简洁方便，最终得出当倾斜角度为为0°时，条料宽度125 mm时，材料的利用率最高。