基于Dynaform软件的板料冲压成形仿真操作指引

基于Dynaform 软件的板料冲压成形仿真操作指引

1 常用仿真术语定义：

冲压成形：用模具和冲压设备使板材产生塑性变形获得形状、尺寸、性能合乎要求的冲压件的加工方法。多在室温下进行。其效率高，精度高，材料利用率也高，可自动化加工。

冲压成形工序与工艺：

剪切：将板材剪切成条料、块料或具有一定形状的毛坯的加工工序称为剪切。分平剪、斜剪和震动剪。 冲裁：借助模具使板材分离的工艺。分为落料和冲孔。

落料--从板料上冲下所需形状尺寸坯料或零件的工序；

冲孔-- 在工件上冲出所需形状孔的工序。

弯曲：在弯曲力矩作用下，使平板毛坯、型材、管材等产生一定曲率和角度，形成一定形状冲压件的方法。 拉深：冲裁得到的平板毛坯成形成开口空心零件的冲压加工方法。

拉伸参数：

• 拉深系数m ：拉深零件的平均直径 d 与拉深前毛坯 D 之比值m, m = d/D ；

• 拉深程度或拉深比：拉深系数 m 的倒数 1/m ；

• 极限拉深系数：毛坯直径 D 确定下，能拉深的零件最小直径 d 与D 之比。

胀形：指将材料不向变形区转移，只在变形区内产生径向和切向拉深变形的冲压成形方法。

翻边：在毛坯的平面或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。

板材冲压成形性能评价指标：硬化指数n 、厚度方向系数γ、成形极限图。

成形极限：是指冲压加工过程中所能达到的最大变形程度。

2 Dynaform 仿真分析目的及流程

ETA/DYNAFORM 5.7是由美国工程技术联合公司(ENGINEERING TECHNOLOGY ASSOCIALTES, INC.)开发的一个基于LS-DYNA 的板料成形模拟软件包。作为一款专业的CAE 软件，ETA/DYNAFORM 综合了LS-DYNA 强大的板料成形分析功能以及强大的流线型前后处理功能。它主要应用于板料成形工业中模具的设计和开发，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间和试模周期。基于Dynaform 软件的仿真结果，可以预测板料冲压成形中出现的各种问题，如破裂、起皱、回弹、翘曲、板料流动不均匀等缺陷，分析如何及时发现问题，并提供解决方案。Dynaform 仿真分析分析的步骤和流程如下图：

冲压成形

分离工序

剪切

冲裁

修边

成形工序 弯曲

拉深

胀形

翻边

数值模拟分析流程总的来说分为前处理、求解计算和后处理三个主要部分。其中，前处理可细分为读入零件几何模型、有限元网格划分、定义成形工具、生成及定义毛坯、定义拉延筋和设置成形参数等几个部分。前处理的好坏直接影响到求解计算，关系到数值模拟结果的精确性。

一、前处理

1.读入零件模型。Dynaform软件可以直接读入由UG、CATIA和Pro/E等软件产生的数学模型。

以某公司的典型钣金件为例进行冲压成形数值模拟分析。首先将零件的数学模型的IGES、VGA等格式文件导入DYNAFORM中，如图2所示。

图2 零件的数学模型

Fig.2 The part’s mathematic model

根据零件的数学模型和实际生产经验，编制的工艺路线为拉深-

2.确定冲压方向

Dynaform默认的冲压方向为-Z方向。

3.创建零件的单元模型

选择菜单“Preprocess/Surface”命令，点击”Generate Middle Surface”按钮，进行零件中性层的抽取。可删除原导入的零件模型，并编辑抽取中性层后的零件，重新命名为零件“Part”，将其ID序号数值设置为1，保存*.df文件。

4.创建零件

1）分析此零件的几何模型，由于该零件的翻边工序在最后，故在模拟中不考虑翻边这道工序，将其拉

平。选择菜单栏“BSE/Preparation”，点击“Unfold Flange”命令，选择零件的翻边部位，此时翻边部分轮廓呈白色高亮显示，如图3所示。

图3 选择零件翻边部位

2）点击“Accept”按钮，输入弯曲角“Bent Angle=180”，如图4。点击“Delete Original Flanges”按钮，删除零件原有的翻边工艺修正，如图5，点击“DONE”完成。删除翻边后的零件如图6。此时系统会自动创建一个新零件“Unfolded”，选择菜单栏“Part/Add…To Part”命令，点击“Surface(s)”，点击“Part”按钮，选择系统新创建的零件“UNFOLDED”，返回“Add…To Part”，点击“Apply”。至此零件“Part”创建成功，如图7。

图4 输入零件的翻边角度图5 删除原翻边

图6 删除翻边后的零件图图7 创建的零件图

3）创建零件网格

将右下角的当前零件改为“Part”，选择菜单“Preprocess/Element”命令，选择“Surface Mesh/Part Mesh”按钮，最大网格尺寸设置为8，其它尺寸为缺省值。点击“Select Surfaces”按钮，选择“Displayed Surf.”，此时零件“Part”呈白色高亮显示，点击“OK”和“Apply”按钮，并点击“Yes”加以确认，退出对话框。零件网格如图8所示。

注意：在网格划分时一定要将右下角当前的零件设为和网格划分的零件一致，否则划分的网格不是当前的零件。右下角的“Surfaces”可不选，此时零件的几何模型会隐藏，只显示网格。

图8 零件的网格模型

5.创建Blank

1)创建毛坯轮廓

打开零件Part，用工具栏的“Surface Mesh/Part Mesh”对零件进行网格划分。选择菜单栏

“BSE/Preparation”命令，选择“Blank Size Estimate”按钮，设置“Material”选项下的“NULL”按钮，点击“Material Library”，选择材料“Europe/DX54D”，输入板料厚度“Thickness=1.2”，点击“Apply”按钮，进行毛坯展开计算，如图9。