基于Autoform多工位连续冲压成形数值模拟

数值模拟技 术 的 发 展，使 得 解 决 连 续 模 冲 压 中的制造问题成为可能。为了对冲压变形作出准
地缩短模具开发 周 期、降 低 成 本 以 及 增 加 设 计 的 可靠度［２］。Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软 件 作 为 该 领 域 常 用 的 软
确预测，有效利用 数 值 模 拟 技 术 是 研 究 成 形 工 艺 件之一，受到了广泛的关注。
本文采用单工位多工序的方法，对多工位连续 冲压成形建立了相应的冲压成形有限元网格模型， 综合运用 ＵＧ 和 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 工程软件，采用 一 步 逆 成形法获得了某轿车 Ｃ柱连接支架件的１３工位连 续冲压数值模拟排样条料的模型，并对成形中所涉 及的弯曲 、成 形、整 形 等 工 序 进 行 了 单 工 序 有 限 元 数值模拟，据此设计制造出该零件的 １３ 工位连续 模，并冲制出左右对称的一套２件某轿车 Ｃ柱连接 支架件，成形质量经过检具检验满足使用要求。
图１ 某轿车 Ｃ 柱连接支架零件３Ｄ 建模图
图 ２ 排 样 设 计 图
零件展开轮廓 复 杂，轮 廓 冲 裁 必 须 合 理 地 分 步进行。另外，为 防 止 冲 裁 不 完 全 或 断 面 重 复 冲 裁，准确处理２次冲裁的“接刀”非 常 关 键，如 图 ２ 中 Ａ 区域所示。
图 ２ 中 ，第 １ 工 序 冲 ３ 个 导 引 孔 ，其 中 ２ 个 孔 是 初 始 导 向 用 的 ，导 正 销 孔 后 序 需 要 切 掉 ，后 序 工 位以中间孔做导正销定位。第６工序在工艺排样 时已经将弯曲预计反弹量补偿了。第８工序是为 了给下步 弯 曲 预 留 出 回 弹 补 偿 余 量，否 则 ９０°弯 曲无 法 补 偿 回 弹。 第 １２ 工 序 为 了 确 保 装 配 基 准 孔与焊接面的相 对 位 置，冲 孔 的 零 件 定 位 是 以 产 品型 面 为 基 准。 第 １３ 工 序 是 为 了 提 高 切 断 落 料 精 度 ，将 第 １２ 工 序 所 冲 制 的 孔 作 为 导 正 销 孔 定 位 提高精度。因为 模 具 步 距 尺 寸 较 小，为 提 高 凹 模 镶 块 、卸 料 板 和 固 定 板 的 强 度 ，保 证 各 成 形 零 件 安 装 位 置 不 发 生 干 涉 ，确 保 其 结 构 空 间 ，排 样 中 设 置 了 ３ 个 空 工 位 ，分 别 为 第 ５、７、９ 工 序 。 １．１ １３ 工 序 连 续 冲 压 排 样 条 料 模 型 的 建 立
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合 肥 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第 ３８ 卷
中的计 算 机 辅 助 工 程 （ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒ－ ｉｎｇ，ＣＡＥ）分 析 ，研 究 了 汽 车 覆 盖 件 冲 压 成 形 仿 真 中参数设 置 和 经 验 操 作 等 关 键 技 术 的 实 现 和 优 化，从而为覆盖件 改 进 和 模 具 设 计 提 供 了 可 靠 的 判据和 合 理 的 参 数。 文 献 ［５］运 用 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软 件分 析 板 料 与 凸 模、凹 模 的 摩 擦、压 边 力、拉 延 筋 等因素对成形性 能 的 影 响，预 测 了 板 料 成 形 过 程 中 减 薄 、拉 裂 及 起 皱 等 缺 陷 ，并 分 析 缺 陷 产 生 的 原 因 ，进 而 优 化 板 料 成 形 工 艺 参 数 和 改 进 模 具 结 构 。 文献［６］通过应 用 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软 件，对 该 板 件 进 行 全工序分析的设置方法以及回弹分析的设置方法 进行模拟，可以判断 Ｂ 柱 加 强 板 的 成 形 性 好 坏 及 回 弹 趋 势 ，从 而 采 取 措 施 改 善 成 形 性 ，以 获 得 合 格 的零件，并 证 明 了 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软 件 在 汽 车 覆 盖 件 的模具开发过程中具有实用性。
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔａｍｐｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｕｔｏｆｏｒｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ
ＨＵＡＮＧ Ｚｈａｏ－ｍｉｎｇ１， ＷＡＮＧ Ｌｉ １， ＬＩＵ Ｘｉａｏ－ｆｅｉ ２， ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ２
（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｕａｎｃｈｅｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｕａｎｃｈｅｎｇ ２４２０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｗｕｘｉ Ｊｉｕｈｅ Ｍｏｕｌｄ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｘｉ ２１４１４２，Ｃｈｉｎａ）
制造方法的前提 。 ［１］ 数值仿真技术在制造业 中 占
多工位连续冲 压 成 形 的 模 拟，通 常 采 用 单 工
据了重要的 地 位，汽 车 行 业 尤 其 如 此。 对 于 冲 压 位多工序方法对成形中的某单一工位建立有限元
成形工艺，目前许 多 公 司 都 开 发 了 成 熟 的 模 拟 分 网格模型，并对该 工 位 进 行 多 工 序 冲 压 成 形 数 值
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐａｒｔｓ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ａ ｃａｒ’ｓ Ｃ ｃｏｌｕｍｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｂｒａｃｋｅｔｓ．Ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｂｌａｎｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｐａｒｔｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ａｕｔｏｆｏｒｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｐａｒｔｓ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ ｓｔｅｐ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ａｕｔｏｆｏｒｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅｅｔ’ｓ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｌｉｋｅ ｔｈｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐｕｎｃｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｅ，ｓｈａｐｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｌｉｋｅ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ，ｗｒｉｎｋｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｃｋｉｎｇ，ａｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ｒｅｂｏｕｎｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅｅｔ’ｓ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａ－ ｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｓｃｈｅｍｅ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｔａｍｐｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｆｏｒｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｂｅｎｄｉｎｇ ｒｅｂｏｕｎｄ ｑｕａｎ－ ｔｉｔｙ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔ模拟
黄 昭 明１， 王 利１， 刘 小 飞２， 张 成２
（１．宣城职业技术学院 汽车工程系，安徽 宣城 ２４２０００；２．无锡九和模具有限公司，江苏 无锡 ２１４１４２）
摘 要：文章通过研究某轿车 Ｃ 柱连接支架件零件图，确定零件成形 工 序，并 运 用 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软 件 分 析 计 算 零 件的原始毛坯展开图，初步确定 零 件 的 成 形 工 艺 方 案。 采 用 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软 件、单 工 位 多 工 序 的 有 限 元 建 模 及 数值模拟方法模拟板料的多步成形过程，研究板料 的 成 形 工 艺（凸、凹 模 间 隙）、成 形 效 果（是 否 有 开 裂、起 皱、 叠料）及 弯 曲 回 弹 量 等 对 板 料 变 形 情 况 的 影 响 ，从 而 确 定 合 理 的 工 艺 参 数 ，制 定 合 理 的 工 艺 方 案 ，并 通 过 实 冲 验证了数值模拟的有效性。 关键词：Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软件；有限元建模；数值模拟；弯曲回弹量；工艺参数 中图分类号：ＴＧ３８６．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－５０６０（２０１５）０２－０１５７－０４
１ 有 限 元 分 析 流 程 及 材 料 模 型
轿车 Ｃ 柱连接支架零件的 ３Ｄ 建模如图 １ 所 示，利用 ＵＧ 软件初 步 设 计 的 排 样 设 计 如 图 ２ 所 示。图２ 中 共 有 １３ 个 工 序，第 １ 工 序 为 冲 导 引 孔；第２、３工序为落料；第 ４ 工 序 为 成 形；第 ５、７、 ９工序为空步；第６、８、１１ 工 序 为 弯 曲；第 １０ 工 序 为 整 形 ；第 １２ 工 序 为 冲 孔 ；第 １３ 工 序 为 切 断 。 因 为 制 件 为 多 向 弯 曲 件 ，且 为 左 右 对 称 ，故 采 用 中 间 载 体 的 双 排 排 样 形 式 ，为 提 高 条 料 的 刚 度 ，载 体 宽 度尽量加 大。 条 料 厚 度 为 １ ｍｍ，适 合 采 用 卷 料 自动送进（首次送 进 人 工 完 成），采 用 挟 持 式 送 料 装 置 粗 定 位 ，并 配 合 导 正 销 精 密 定 位 ，送 进 定 位 精 度 可 达 ０．０１ ｍｍ。
析软件来预测成 形 缺 陷，并 以 此 为 依 据 开 展 优 化 模拟 。 ［３］ 文献［４］在 ＣＡＴＩＡ－ＣＡＤ 提 供 的 数 模 基
与补偿工作。 运 用 有 限 元 数 值 模 拟 技 术，能 有 效 础上，通过 对 典 型 汽 车 覆 盖 件 在 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 软 件
收 稿 日 期 ：２０１４－０１－０２；修 回 日 期 ：２０１４－０３－１１ 作 者 简 介 ：黄 昭 明 （１９８１－ ），男 ，江 苏 南 京 人 ，宣 城 职 业 技 术 学 院 讲 师 ．
第２期
黄昭明，等：基于 Ａｕｔｏｆｏｒｍ 多工位连续冲压成形数值模拟