汽车行业中的板材冲压计算机仿真

HEATS

前言

冲压成形是一种历史悠久的金属加工工艺，随着工业水平的不断进步，冲压技术和设备日益完善，已在汽车、航空、模具等行业冲压加工占据着重要的地位。

众所周知，汽车大部分构件都是薄板冲压件，国外各大汽车厂商很早就开始采用计算机仿真技术用于指导产品的设计和制造。冲压数值仿真的发展主要依赖于各种板成形软件的涌现和进步，这些CAE 软件大多可以利用CAD 生成的模型进行设计和工艺过程仿真，为新产品的开发提供参考依据。

DYNAFROM 软件特点

DYNAFROM 集聚了美国三大汽车公司二十余年积累的丰富板成形仿真工程经验，在程序中固化了大量经试验验证的专家经验，对于不同成形工艺给出了最优的仿真参数如：质量比例参数、速度和阻尼系数等，大大降低对使用者的要求，成为模具及工艺设计人员的工具。其主要组成模块如下：

· 前后处理模块（Pre /Post）。
· 仿真工程模块（FS）
· 模面工程模块（DFE）
· 板料尺寸工程（BSE）
· 精确求解器模块（LS-DYNA）

DYNAFROM 作为专业板成形软件，致力于解决最复杂板成形工艺，广泛应用于世界各大汽车公司、模具厂和高校以及研究机构。由于DYNAFORM 在现有板成形分析软件原有的显式基础上增加了隐式分析功能，可以实现板成形从冲压到回弹的完整工艺过程模拟，显隐式分析做到无缝转换，从而令板成形仿真更为便捷和高效。目前在国内长安汽车、南京汽车、上海宝钢、中国一汽、上海汇众汽车公司、洛阳一拖等知名企业得到成功应用。

DYNAFORM 应用实例

汽车设计的瓶颈是车身覆盖件模具设计与制造周期，所关心的主要问题是由拉裂、减薄、环状滑移线、起皱与回弹引起的工件缺陷。汽车装配质量差的主要表现是车辆整体几何形状不精确协调。

仿真软件的应用大大减少了试模的次数。奔驰公司采用前每套模具大致需试模3~4 次，采用DYNAFORM 后仅1~2 次就足以防止起皱和破裂。丰田汽车在引入DYNAFROM 后减少了模具设计和制造过程中46%的试验工作。

下面简单列举两个国内汽车企业利用DYNAFORM 进行工艺优化的工程案例：

· 案例1－国内某整车厂某车型前底板成形工艺优化

该零件采用原始工艺加工时，在成形过程中经常出现起皱、叠料及开裂问题，造成废品率居高不下，严重影响了生产进度，增加了产品成本。

以下四个图例显示的是该零件原始工艺过程不同阶段仿真变形特点：

图1、第一阶段成形

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图2、第二阶段成形

图3、第三阶段成形

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图4、第四阶段成形

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针对该零件在成形过程中产生的上述缺陷，该厂模具工程师利用DYNAFROM 从以下方面去进行了方案改进及模拟仿真：

·调整拉延筋形状和锁模力解决局部裂纹
·调整坯料尺寸、增加材料的支撑、减小材料拉出延迟来解决起皱和叠料
·增加整形工序（如成形时增加角度和圆弧）彻底解决开裂问题

通过采用上述措施进行模拟优化，最终获得了满足设计要求的产品。如下所示。

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图5、模拟优化后的产品变形及金属流动

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国内某整车厂轮罩成形工艺优化工程案例

该原始工艺成形过程存在的最大的问题是材料减薄不均，局部减薄过大，甚至造成局部材料破裂，降低了产品合格率，增加了产品成本。

以下三个图例显示了该零件原始工艺各阶段零件变形特点：

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图6、第一阶段成形

图7、第二阶段成形

图8、第三阶段成形

针对该零件在成形过程中产生的上述缺陷，该厂模具工程师利用DYNAFROM 通过下列措施对上述问题进行了改进模拟：

· 调整拉延筋形状、压边力和锁模力改善成形状态
· 调整坯料尺寸可以改善成形和节约材料

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图9、板料原始工艺产品减薄率

经过上述改进模拟获得了优化后的产品，如下FLD 图所示，产品各部分成形较为均匀，避免了材料的过度减薄的现象。

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图10、优化后产品FLD 图

结论

由上述案例可知，利用DYNAFROM 软件可以优化汽车覆盖件的成形工艺，缩短模具设计和开发周期，降低开发成本并提高产品的质量。