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•冲模技术•基于CAE汽车覆盖件拉伸成形工艺优化与模具设计王朴匕杨梅叫王浩匕李厚佳X金龙建'1.上海工程技术大学高职学院（上海200437）2.上海市高级技工学校（上海200437）3.松渤电器（上海）有限公司（上海201323）【摘要】针对汽车上某一覆盖件,根据形状特点，对制件冲压方向、工艺补充面、压料面及坯料形状大小等进行分析设计，并利用CAE分析软件FASTAMP对拉伸成形过程进行了模拟仿真，从材料厚度分布、减薄率、成形极限图等方面预测了拉伸过程中成形不足、过度减薄和起皱等缺陷，分析原因并优化设计，最终确定了合理的拉伸成形工艺方案。
结果表明：设置拉伸筋可得到成形质量较好的冲压件，并有效消除制件表面的起皱缺陷；采用变半径圆角的方法,使制件最大减薄率由原来的20.5%降至16.5%,满足制件生产要求。
关键词：冲压工艺；拉伸成形;FASTAMP；模具设计中图分类号:TG385.2文献标识码：BDOI：10.12147/ki.l671-3508.2020.010.009Optimization of Drawing Forming Process and Die Designof Automobile Panel Based on CAE Software[Abstract]For an automobile panel,the product of stamping direction,addendum surface,blank holder face and billet sizeare studied in this paper.The forming process is simulated byCAE software FAST A MP.The insufficient forming,excessive thinning and wrinkling defects inthe drawing process are predicted from the aspects of material thickness,thinning ratio andforming limit diagram.Then,the proper forming process is determined by analyzing the causes ofdefects and optimization design in many times.The results show that the stamping parts withgood forming quality can be obtained by setting up drawbead,and the wrinkling defects on thesurface of the product can be effectively eliminated.The maximum thinning rate of the product isreduced from20.5%to16.5%by using the method of variable fillet,which meets the qualifiedrequirement of the automobile panel.Key words:stamping process;drawing forming;FASTAMP;die design1引言随着社会和科技的不断进步，汽车已成为人类社会活动中不可缺少的交通工具,汽车覆盖件的生产是汽车制造的一个重要生产过程叫与一般的板料冲压件相比，汽车覆盖件形状大多数为复杂的空间曲面结构,总体尺寸大，相对厚度小，其特点决定了在冲压过程中的变形较为复杂;此外，汽车覆盖件的板料减薄率要求控制在一定的范围内，不允许表面产生起皱、破裂等缺陷，这就给覆盖件冲压成形提出了更高的要求宀化汽车覆盖件通常由落料、拉伸、修边、冲孔、翻边、整形等基本工序按照需要排列组合而成，其中拉伸工序作为汽车覆盖件冲压过程中最重要、最关键的工序，其质量的好坏直接决定能否成形出合格的覆盖件制件，拉伸工序设计是否合理对后续工序的设计也会产生较大的影响札本文针对汽车某覆盖件的冲压成形为例，利用《模具制造》2020年第10期•33••冲模技术•UG 软件对其拉伸工艺进行分析设计，然后利用CAE分析软件FASTAMP 对拉伸成形过程进行模拟仿真。
塑件加工过程CAE作业姓名：王超学号： 051130128 专业：飞行器制造工程指导老师：鲍益东日期： 2014,10,25目录1.绪论 (1)1.1有限元分析源于力学 (1)1.2有限元分析的基本流程: (1)1.3有限元分析的技术路线： (2)1.4有限单元法处理弹性力学问题的基本思路是： (2)1.5有限元分析的应用 (2)2.三角形常应变膜单元（CST）的基本理论 (4)3.有限元程序中单刚形成的子函数代码： (4)3.1形成B矩阵的子函数代码 (4)3.2形成单刚矩阵的子函数代码 (5)4 有限元程序实现与验证 (7)4.1建立有限元分析的几何模型： (7)4.2划分有限元网格 (7)4.3标注出位移约束信息和外力的加载方向和大小 (8)4.4有限元计算 (8)5心得体会 (9)6参考文献 (10)1.绪论有限元是一种将复杂对象进行合理的离散, 应用力学理论和计算机技术解决复杂问题的数值分析方法, 对于众多难以获得解析问题的分析具有明显的优点, 在科学研究和工程计算中得到广泛应用。
[1]1.1有限元分析源于力学平均应力m σ：J z y x m 31)(31)(31321=++=++=σσσσσσσ [2]米塞斯屈服准则：()()()[]21323222121σσσσσσσ-+-+-=[3] 屈雷斯卡屈服准则：sσσσ=-31 [4]1.2有限元分析的基本流程:化整为零（结构离散化）、单元分析、集零为整（整体分析）。
通常对于简单模型，不同部件之间一般通过节点共用来连接；然而对于复杂模型，不同部件之间如果仍然运用节点共用的方式进行连接，网格划分将变得异常艰难，有时候甚至不可能。
[5]1.3有限元分析的技术路线：标准化（理论研究：任意复杂问题=> 标准化分解，单元建模:有限种标准单元）规范化（前处理：CAD几何、力学建模、求解、后处理显示）计算机化（标准程序、模块）应用的规模化、普及性（可求解大型问题：108-1010自由度）1.4有限单元法处理弹性力学问题的基本思路是：（1）离散化将一个受外力作用的连续弹性体离散成一定数量的有限小的单元集合体。
第7卷第1期2000年3月塑性工程学报JOU RN AL O F PLASTICITY EN GIN EERIN GV ol.7 No.1Ma r . 2000板料成形回弹问题研究新进展*(西安交通大学先进制造技术研究所 710049)朱东波 孙 琨李涤尘 卢秉恒摘 要:本文从回弹理论、回弹数值模拟分析、回弹控制三方面对弯曲成形、3-D 复杂浅拉深成形中回弹研究的历史和最新发展状况作了较全面的介绍。
文章所引用的大量文献基本概括了前人在这些方面的主要研究方法和重要研究成果。
关键词:回弹;板料成形;模具*国家“九·五”重点攻关资助项目(项目号:85-951-19)。
收稿日期:1999-4-281 引 言板料成形过程中普遍存在有回弹问题,特别在弯曲和浅拉深过程中回弹现象更为严重,对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响,有必要对其进行深入的研究和有效的控制。
零件的最后回弹形状是其整个成形历史的累积效应,而板料成形过程与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密切相关,所以板料成形的回弹问题非常复杂。
半个多世纪来国内外许多学者对回弹问题进行了深入的研究和探讨,这些研究涵盖了从弯曲成形到复杂拉深成形、从理论分析到数值模拟、从回弹预测到回弹控制等诸多方面。
本文从三个方面对前人的工作进行了概括性回顾,重点介绍了90年代回弹研究的一些新进展。
2 弯曲理论研究和回弹的解析分析方法 弯曲成形一般只涉及较为简单的几何形状和边界条件,所以有条件用解析方法对其进行深入的研究。
50年代,R .H ill 、F .Proska 、F .J .Gardiner 等人的工作奠定了板料弯曲及回弹分析的理论基础[1],后来不断有学者对这些理论进行深化和发展。
Huang ,etc [2]在其文章中对50年代到80年代间诸多学者的回弹研究工作做了较详细的回顾和评述。
回弹是弯曲卸载过程产生的反向弹性变形,板料回弹的经典计算公式为:Δk =1R -1R S =12M (1-ν2)Et3(1)式中 Δk ——曲率变化量R ——回弹前中面半径R S ——回弹后中面半径E ——弹性模量ν——泊松比t ——回弹前板料厚度M ——回弹前板内弯矩弯矩M 由截面纵向应力分布唯一确定。
论板料成形CAE技术
姓名：朱文波学号：0910121112 班级：09材控本二
塑性成形CAE技术概况
塑性成形计算机辅助工程（CAE）的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算机模拟进行计算机仿真分析。
一方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答；另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更快，更准确，在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用。
目前CAE技术简介
国外的CAE。
目前，一些发达国家在这方面已达到了较高的水平，仅以有限元分析软件为例，国际上不少先进的大型通用有限元计算分析软件的开发已经达到了较成熟的阶段并已商品化。
就CAE技术的工业化应用而言，西方发达国家目前已经达到了实用化的阶段。
通过CAE与CAD、CAMA等技术的结合，增强了企业的竞争能力。
我国CAE技术水品，计算机辅助工程技术也在我国蓬勃发展起来。
目前，一些大型通用的有限元分析软件樱井引进我国，在汽车、航空、机械、材料等许多行业得到了应用，而且在某些领域的应用水平并不低。
但是，目前我国的计算机分析软件开发是一个薄弱环节，严重制约了CAE的技术发展。
因此，我们加大力度开发自己的计算机分析软件，这样才能改变在技术上和经济上受制于人的局面。
DEFORM—3D软件是针对复杂金属成形过程的三维金属流动分析的功能的强大的过程模拟分析软件。
该软件是一套基于工艺模拟系统的有限元系统，专门设计用于分析各种金属成形过程的3D流动，提供极有价值的工艺分析数据及有关成型过程中的材料和温度流动。
它的功能包括成性分析和热处理。
塑性成形模拟的特点
工件通常不是在已知的载荷下变形，而是在模具的作用下变形，而模具的型面通常是很复杂的。
处理工件与复杂的模型面的接触问题增大了模拟计算的难度。
塑性成形中往往伴随着温度的变化，在热成型和温成形中更是如此，因此为了提高模拟精度，有时要考虑变形分析与热分析的耦合作用。
下面就以板料成形CAE技术及分析为例
板料成形技术及分析软件，可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺方案优化，从而有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高企业的市场竞争力。
板料成形CAE技术对传统开发模式的改进作用可以通过图1 和图2进行对比。
图1 传统板料成形模具开发模式
图2 CAE 技术模具开发方式
通过比较，就可发现板料成形CAE技术的主要优点。
(1)通过对工件的可成形工艺性分析，做出工件是否可制造的早期判断；通过对模具方案和冲压方案的模拟分析，及时调整修改模具结构，减少实际试模次数，缩短开发周期。
(2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施，改进产品设计和模具设计，增强模具结构设计以及冲压方案的可靠性，从而减少生产成本。
(3)通过CAE分析可以择优选择材料，可制造复杂的零件，并对各种成形参数进行优化,提高产品质量。
(4)通过CAE分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面的不足，还可通过虚拟，提高提高工艺人员的经验。
板料成形CAE分析的方法概述
板料成形CAE技术是建立在有限元法基本原理和数值方法基础上，利用计算机进行计算和求解的分析方法。
有限元数值计算的关键技术如下：
(1)模具几何形状的数字描述
模具几何形状的数字描述有多种方式，目前较常采用的是STL格式。
(2)摩擦边界条件的施加
摩擦与金属的成分、毛坯与模具间的相对滑动速度、温度及润滑条件有关。
(3)速度约束条件的施加
主要包括边界自由节点和边界约束节点的运动属性判定。
(4)网格划分和重划分技术
在有限元数值模拟中，网格质量对数值求解的稳定性、效率及精度至关重要。
网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素等。
有限元网格划分指导思想、划分方法、原则以及重划分技术等可以参考资料，这里不详述。
板料成形CAE分析的一般过程为前处理(网格划分、定义约束条件、施加条件和边界条件等)，求解(数值计算)和后处理分析结果(应力、应变、材料厚度分布、能量等历史曲线、云图及动画，切取截面显示、回弹，FLD图等)。
板料成形CAE分析的一般步骤为：
1利用CAD软件为冲压件(或各工序冲压件)建模，
2网格曲面划分、检查、修补及重划分，
3利用偏移或拷贝等方法由模型(局部)单元分别生成凸模、凹模，生成压边圈、辅助补充面及拉延筋等，并对工具完成网格曲面划分、检查、修改及重划分等工作；
4网格边界、单元法线、重叠部分等检查；
5产生毛坯零件并网格化，定义毛坯材料；
6定义凸模、凹模、压边圈、拉延筋等工具及毛坯，调整相对位置，
7动画模拟模具工作过程；
8利用求解器进行有限元法计算；
9利用后处理器观察分析结果，若结果不理想，调整方案重新进行模拟计算。
数值模拟计算已经与理论分析、试验研究成为科学技术探索研究的三个相互依存、不可缺少的手段。
目前的板料成形CAE分析软件已完全适合设计及工艺人员使用，完全工艺化的风格。
掌握网格划分技术的指导思想、划分原则，保证有效性
在现在的板料成形CAE分析软件中，都提供了自动划分网格功能，并且大部分软件采用了自适应网格划分技术，所以网格划分的操作非常简单，但需要分析人员对网格的有效性进行判断并确认，对细节区域的网格进行修补或重划分。
要以现实冲压条件为基础，掌握实际冲压条件的数学描述方法
在板料成形CAE分析软件中，一定要结合实际冲压条件，掌握实际冲压条件的数学描述方法。
否则，CAE分析只能成为理论分析，不能应用于实际生产。
要准确描述实际冲压条件，需要进行大量的调查分析。
CAE分析与经验学习积累同等重要
采用CAE分析的同时，不可忽视经验的学习积累。
如在欧美多数采用仿真设计，但在日本，模具设计师通常更多的是依靠经验来设计模具。
经验的重要性体现在：1)在板料成形CAE分析的预处理过程中，好的工艺辅助面及拉延筋可以快速达到预期的目的；2)在后处理分析发现成形缺陷时，通过什么方法来改善，需要有丰富的经验。
参考文献：《板料成形CAE技术应用》、《塑性成形CAE概论》。
