汽车覆盖件冲压模具有限元分析(正式)

基于有限元仿真的车身覆盖件冲模设计阳湘安【摘要】对车身内围板进行了冲压结构工艺性分析和模具结构设计,通过对产品冲压过程的模拟仿真,优化了冲压过程工艺参数和冲模结构,以防止起皱、拉裂和回弹等不良现象的产生,并对关键部件在冲压最大受力时刻进行了结构静力分析,以确定结构的受力变形和应力分布,通过分析评定模具结构设计的合理性.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2010(010)003【总页数】5页(P21-25)【关键词】冲压;仿真;有限元;冲模设计【作者】阳湘安【作者单位】广东技术师范学院,广东广州,510643【正文语种】中文【中图分类】TG385.21 引言随着有限元技术和计算机技术的飞速发展，冷冲模具的设计CAD/CAM与CAE分析的结合正在改变传统工艺试制模具的方式，通过对冲压过程的仿真模拟能够预先对冲压工艺方案进行分析，优化冲压工艺参数，实现设计过程的自动化，节省资源并减少对经验的依赖，降低对技术工人的要求，而对冲模结构的有限元静力分析则可以进一步验证冲模结构的合理性。

事实上，这种技术的应用能够大大降低设计成本，改变传统的“设计→试制→发现问题→再设计→再试制→再发现问题”的生产方式，可以在设计的过程中发现和解决问题，提高设计生产的效率，有效缩短模具设计和制造周期。

2 内围板冲压工艺分析拉伸件的工艺性是编制覆盖件冲压工艺首先要考虑的问题，只有设计出一个合理的、工艺性好的拉伸件，才能保证在拉伸过程中不起皱、不开裂或少起皱、少开裂。

在设计拉伸件时不但要考虑冲压方向、冲压位置、压料面形状、拉伸筋的形状及配置、工艺补充部分等可变量的设计，还要合理地增加工艺补充部分，正确确定压料面。

各可变量设计之间又有相辅相成的关系，如何协调各变量的关系是成形技术的关键，要使之不但满足该工序的拉伸，还要满足该工序冲模设计和制造工艺的需要，并给下道修边、翻边工序创造有利条件。

内围板大体上呈左右对称结构，形状较复杂，单动拉伸模结构简单，但由于压边力小且只能整体调节，拉伸的深度浅、卸料装置非刚性导致偏斜而无法压料等，所以仅适用小型覆盖件的拉伸。

汽车覆盖件冲压成形仿真有限元方程及其解法
张明宇;段燕
【期刊名称】《湖南农机》
【年(卷),期】2013(000)005
【摘要】文章通过对汽车覆盖件冲压成形仿真有限元方程及其算法的研究，认为动力显式解法更适合于冲压成形仿真。

% The article by automotive panel stamping simulation finite element equation and its algorithm, that dynamic explicit solution is more suitable for stamping simulation.
【总页数】2页(P45-45,47)
【作者】张明宇;段燕
【作者单位】牡丹江市道路运输管理处，黑龙江牡丹江 157000;牡丹江市道路运输管理处，黑龙江牡丹江 157000
【正文语种】中文
【中图分类】U466
【相关文献】
1.汽车覆盖件冲压成形仿真有限元方程及其解法 [J], 张振东;袁秀忠
2.铝合金汽车覆盖件冲压成形回弹的仿真研究 [J], 张凇;殷晨波;张在梅
3.汽车覆盖件冲压成形有限元数值仿真研究 [J], 王强;张进国
4.基于CAE技术汽车覆盖件冲压成形仿真研究 [J], 张雯娟;吴龙
5.汽车覆盖件冲压成形非线性有限元仿真分析及质量管理 [J], 邓伟林
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试析基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计方法摘要:计算机硬件性能和软件设计能力的提高,信息技术的发展特别是弹塑性有限元模拟技术的进步,让CAE技术(计算机辅助工程技术)在汽车工业中获得了广泛地应用,该技术主要以数值模拟技术为核心,它在促进产品设计的不断改进中发挥中了非常重要的作用。

基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计不仅具有非常好的设计可靠性,还具有很好的模具设计效率。

关键词:有限元汽车覆盖件模具设计1 有限元有限元有效融合了计算方法、力学理论以及计算机技术等三门学科的理论知识,但是它不是三者的简单相加,而是具有自己理论基础与解题方法的新学科。

有限元特别适合用于解决工程技术问题,因为相对于其他方法具有高效、快速、灵活等优点,因而获得了非常快的发展。

最开始,有限元主要的目的是分析飞机结构中的应力问题,但是随着它逐渐被其他领域所认可,其应用范围已经囊括了生物力学、流体场、固体力学、电磁场、声场以及温度场等诸多领域的数理方程;同时,它的计算机程序基本上可以对数理方程中的所有问题进行求解。

目前,有限元已经成为一种非常通用的解数理方程的数值计算方法。

在进行实际工程技术问题求解的过程中,构建基本方程和确定边界条件不是很苦难,但是因为材料特点、外部荷载以及不规则的几何形状,求解的过程则比较麻烦。

所以,选择求近似解则是比较恰当合理的。

其中有限元方法便是一种应用非常广泛的近似算法。

有限元法将求解区域视为由众多在节点部位连接的较小单元(子域),数学模型会提供基本方程的单元(子域)近似解。

同时,每一个单元(子域)均能够被划分为形状各异、大小不同的区域,因而有限元法对复杂材料特性、边界条件以及几何形状等均有着非常好的适应能力。

更为重要的是,有限元方法背后有着成熟稳定的大型的软件系统作为平台,使其具有高效、快速、灵活等优点,因而获得了非常快的发展。

2 汽车覆盖件成形的模拟及其模具设计汽车覆盖件成形的模拟及其模具设计的大体流程如下:①利用CAD软件对覆盖件进行造型设计→②将vda、iges、stl、fs等格式的文件传入到软件中,利用CAE技术(计算机辅助工程技术)进行如下操作,第一,对修改圆角补充孔、网格、缝隙等进行划分;第二,确定汽车覆盖件的冲压方向,并对模具、设计工艺补充面以及设计压料面等进行确定;第三,布置拉伸筋、明确工艺切口;第四,对拉伸工步以及有关工艺参数进行分析确定;第五,进行有限元模拟,如果成形有缺陷,则再返回第一步重新进行操作,如果成形没有缺陷则进行第③步→③将模具的几何信息以数据文件的形式传入CAM软件当中,同时编制出NC代码用来制造模具。

４ 数值模拟及工艺调整
板料成形的有限元模拟主要有三种算法， 即 动 力 显 式（ Ｄｙ－ ｎａｍｉｃ Ｅｘｐｌｉｃｉｔ） 、静 态 隐 式（ Ｓｔａｔｉｃ Ｉｍｐｌｉｃｉｔ） 以 及 静 态 显 式（ Ｓｔａｔｉｃ Ｅｘｐｌｉｃｉｔ） 算法， 目前应用较多的是前两种算法。有限元分析采用 改进的静态隐式算法， 解决了收敛性差的问题， 使计算时间大大 缩短。
图１ 汽车 Ｂ 柱
量控制非常困难。因此 Ｂ 柱的设计和生产成为汽车车身设计和
制造的一大难点。
综后分析后， 确定 Ｂ 柱成形的工艺方案分三道工序， 其中第
一道工序为拉延， 在此工序中通过增加变形区域而获得制件形
状； 第二道工序为修边， 此工序保持和拉延冲压方向一致； 第三道
工序为激光切割， 在制件侧壁及底部有较多的用于安装固定的小
－ １９４ －
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第４期 ２００８ 年 ４ 月
文章编号： １００１－ ３９９７（ ２００８） ０４－ ０１９４－ ０２
汽车覆盖件成形的有限元模拟及模具设计
邢忠文 １ 方华松 １ 徐伟力 ２ （ １ 哈尔滨工业大学 机电工程学院， 哈尔滨 １５０００１） （ ２ 宝山钢铁股份有限公司， 上海 ２０１９００）
深筋的布置， 获得了覆盖件拉深凹模， 如图 ３ 所示。
图 ３ 凹模 凹模设计完毕后， 通过偏移就可以分别获得凸模及压边圈， 最终得到整个模具。至此就可以设定工艺参数， 主要包括冲压方 式（ 单动还是 双 动） 、模 具 在 各 个 工 步 的 运 动 关 系 、压 边 力 、摩 擦 系数、板料形状等， 进行成形过程的数值模拟。
３．４．１ 创建一条拉深筋线
首先根据凹模入口形状， 取其边界轮廓并生成一条轮廓线， 然后把生成的曲线朝外偏置 ２５ｍｍ， 得到一条偏置线。

有限元数值模拟在汽车覆盖件及其模具中的应用汽车覆盖件与模具有效利用有限元数值模拟1、有限元模拟理论有限元法是一种基于有限元技术的有效工程模拟方法，它可以把工程中的任何确定系统表达为一个有限元网，对整体系统力学进行模拟分析。

当计算的网的大小是很大的时候，有限元技术可以把采用的解运算时间和所需要的内存资源减少了非常多，可以大大提高解算机的性能和可靠性。

2、汽车覆盖件与模具有限元应用汽车覆盖件是承载力和装入效率的重要要素，而模具是汽车覆盖件工业化制造的重要部件。

汽车覆盖件与模具的有限元模拟，可以模拟出它们的力学性能、热传导性能及流体传质等特性，及时发现新的问题、优化设计、提高安全性和可靠性，减少实验成本。

3、汽车覆盖件有限元应用的优势（1）首先，有限元模拟技术可以明确汽车覆盖件形状及特征尺寸，有助于提高鲁棒性。

（2）其次，有限元模拟可以进行项目仿真分析，改善项目的复杂性、提高安全性和可靠性，明确加工参数，提高加工质量。

（3）再次，有限元模拟可以优化模具设计，改善汽车覆盖件加工工序，降低生产成本。

4、汽车覆盖件有限元技术的不足（1）由于不同系统模型复杂，模型建立会比较困难，且受到有限元理论技术发展水平、模拟计算机软硬件能力及工程师经验等方面的影响，计算结果不一定比传统数学方法更佳。

（2）此外，尽管可以对多体系统进行模拟，但较易模拟大型动力系统的受力平衡问题，而较难模拟小型动力系统的位移运动问题。

总之，汽车覆盖件与模具有限元数字模拟工艺在模具设计和制造中得到了广泛的应用，形成了一个高效的汽车覆盖件制造和加工流程。

未来，这种模拟技术将进一步拓展，并将继续改善汽车覆盖件与模具制造、优化设计及提高加工质量，为国内外汽车覆盖件行业发展做出重要贡献。

有限元分析法在汽车后备箱盖冲压成形中的应用苏芳【摘要】针对大尺寸薄板类汽车覆盖件后备箱盖的三维模型,划分了合理有效的有限元网格,确定了拉伸方向,设计了压料面及工艺补充面.采用专业数值模拟软件对汽车后备箱盖的冲压过程进行了模拟,模拟结果反映的缺陷及其发生区域同实际情况相符,通过分析缺陷产生的原因,提供了优化变量的选取准则.具体以避免制件的起皱及过度减薄、开裂为评价指标,建立了汽车后备箱盖成形过程中优化目标,对汽车后备箱盖冲压成形工艺进行了优化分析.着重分析了拉伸筋阻力、摩擦系数、压边力对制件成形质量的影响,获得了最佳成形工艺参数.研究为大尺寸薄板类汽车覆盖件成形中的质量控制提供了科学依据.【期刊名称】《模具制造》【年(卷),期】2015(015)008【总页数】5页(P25-29)【关键词】汽车后备箱盖;冲压成形;数值模拟;工艺优化【作者】苏芳【作者单位】福建信息职业技术学院机电工程系福建福州 350003【正文语种】中文【中图分类】TG385.2随着有限元仿真模拟技术的不断发展和完善，汽车覆盖件使用有限元工具对冲压成形进行分析的情况越来越普遍。

汽车覆盖件冲压成形仿真给冲压工艺带来的好处很多，在制件设计阶段可以通过有限元模拟仿真评价覆盖件的模具设计及加工工艺是否可行；在制件试制阶段可以对产生的问题进行分析和解决；在制件大批量生产阶段可以对制件长期表现出的不足进行研究和改善，也可以通过仿真分析适当降低材料级别，减少成本。

因此，全球大多数汽车制造商都拥有覆盖件冲压成形有限元分析系统。

汽车覆盖件冲压成形是一种复杂的力学过程，它既是包括几何非线性、材料非线性、接触非线性的问题，也是一个小应变、大变形的问题，采用有限元变形理论能够正确地描述其变形特点。

有限元方法的基本思想是将结构进行有限元离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的工程结构，各单元之间通过有限元节点相互连接，根据有限元基本理论建立有限元总体平衡方程，然后求解。

ｓ ｉ ｚ ｅ ，ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ，ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｄ ｒ ａ ｗｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｄ ，
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【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ３ Ｄ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｔ ｒ ｕ ｎ ｋ ｌ ｉ ｄ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ａ ｔ ｈ ｉ ｎ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｐ ａ ｒ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ
ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ｆ ｏ ｍ ｉ ｒ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｄ ｒ ａ ｗｂ ｅ ａ ｄ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ，
ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ， ｂ ｌ ａ ｎ ｋ － ｈ ｏ ｌ ｄ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｎ ｏｒ ｆ ｍｉ ｎ ｇ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ

汽车覆盖件冲压模具有限元分析汽车覆盖件冲压模具是汽车制造业中的主要设备之一，在汽车制造业中冲压模具的设计具有十分重要的作用。

本文主要对汽车覆盖件冲压模具的结构进行了分析并且在此基础上提出了自己的见解。

在经济不断发展的今天，汽车行业具有广阔的发展前景，同时也面临着严峻的考验。

一方面，现在的人们对汽车的要求越来越高，不仅要求汽车的质量和性能不断提高，同时对汽车的外观、安全以及环保等方面也有要求；另一方面，随着越来越多的汽车制造业的出现，市场竞争变的越来越激烈，各个国家的政府也对汽车尾气排放量等汽车污染物进行了严格的规定。

现在，对于汽车的改进，大部分都体现在汽车车身上的变化，所以说要对汽车覆盖件模具进行设计，汽车覆盖件模具的制造大约占据整个汽车制造周期的70%左右，而且生产成本也占据汽车制造总成本的70%以上。

汽车覆盖件冲压模具的设计特点和制造特点汽车覆盖件冲压模具的设计特点一般包括四个方面，首先，对于冲压模具的结构尺寸方面，结构尺寸大。

汽车模具覆盖件本身的尺寸就要求比较大，另外，覆盖件冲模的制件定位、上下模的导向、模具的安装结构、模具的起吊和旋转以及运输装置等都需要加大冲模的结构尺寸。

其次，基础件为框架结构。

为了减轻模具的重量并且提高模具的制造工艺，目前大多数的模具一般设计成中间是立筋连接上下两层是由两块板状物构成的水平的框架的结构。

再次，关于汽车覆盖件冲压模具的标准化程度方面，标准化程度要求比较低。

大多数的冲模设计的标准化程度和标准件的选用量会比覆盖件冲模大，像一般的冲孔模可以全部选用标准件装配而成。

最后，关于汽车覆盖件冲压模具的材料质量要求方面，模具的材料质量要求相对来说要求比较低。

像凹模、压边圈等寿命为40万次以下的覆盖件拉延模的工作零件来说，使用强度高一点的铸铁就可以，一般冲模的工作零件为工具钢。

汽车覆盖件冲压模具的制造特点包括五个方面，第一，汽车覆盖件冲压模具生产准备的重点是冲模基础零件和工作零件的毛坯，一般它们都是单间生产并且是铸件的，毛坯准备的关键就是铸造模型的制造。

迭代求解，直到不平衡力 ＡＲ足够小 ，得到 的 即为 ｌ ＋ Ａｌ 时刻 的 “。 。与静力 显式格式有 限元相 比。 载荷步长 Ａ ＝
“
一
，‘ 。 可选择较大 的步长 ， 精度较高 ， 但每一载荷增量步都
且必 须每一步都 收敛 。 ． 模型 的离散化处理 、 仿真参数的确定等都将影响到最后仿真结果 须多次迭代 ， （） ３ 动力显式格式 （ ｙａ ｉ Ｅ ｐｃｔＤ ） Ｄ ｎ ｍｃ ｘｌ ｉ， Ｅ ： ｉ 的精度 ， 将详细分析这些因素对仿真成形精度的影响。 当认 为冲压成形过程是 在动载作用下 的力学响应过程时 ，
中 图分类 号 ： Ｇ ８ ４３文献标 识码 ： Ｔ ３ ０ ６ Ａ
１引言
汽车覆盖件 冲压成形仿真分析在降低汽车设计制造成本 、 缩 短开发周期 、 改善制造质量和提高市场竞争力等方面正发挥着越
来越大的作用 。 在仿真分析过程中 ， 限元求解格式的选择、 有 几何
Ａ ＝
“
．
．
ｆ ． ） ＝ 为不平衡力 （
．》 ．々 ． ． ∽ 。 ． 。 ∞ ｏ ．ｏ ． 。 ∞ ． ｏ 。 ． 々 ． ｏ ． ｏ ．。 ． 。 ． 。 ．々 ． 。 ． 。 Ⅲ ． ．々 》 ． ． － 。 ． 。 ． ｃ ｏ ． ． 。 ． ｏ ‘ ．． ， 。 － ｏ ．。 ． ． ｏ ｏ ．ｏ ． ｏ ． ． 》 ｏ ．
Ｚ Ａ ＧＪ Ｈ Ｎ ｉ ｕ （ｃ ｏｌ ｆ ｕｏ ｂｌ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｈ ｒｉ ｓｔｔ ｏ Ｔ ｃ ｎｌｇ ， ｉａ ２ ４ ０ ， ｈｎ ） ｎ—ｇｏ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ Ａ ｍｏ ｉ ｎ ｉ ｅｉ ， ａｂｎＩ ｔｕｅ ｆ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｗｅ ｉ ６ ２ ９ Ｃ ｉａ ｅ ｎ ｎ ｎ ｉ ｈ

基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计
方刚;雷丽萍;曾攀
【期刊名称】《模具工业》
【年(卷),期】2002()6
【摘要】介绍了在有限元模拟基础上进行的汽车覆盖件模具设计 ,利用商业化软件AutoForm实现了模具压料面、工艺补充面以及拉伸筋设计和覆盖件成形过程模拟。

改变了传统的在有限元模拟后依靠CAD软件进行频繁模具改进的方法 ,在有限元软件内部实现了模具的参数化设计 ,既缩短了模具设计时间。

【总页数】5页(P6-10)
【关键词】有限元分析;汽车覆盖件;模具设计;CAD
【作者】方刚;雷丽萍;曾攀
【作者单位】清华大学
【正文语种】中文
【中图分类】U463.82;TP391.72
【相关文献】
1.基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计方法 [J], 肖莉
2.以有限元分析为基础的汽车覆盖件模具设计和优化探讨 [J], 易成刚
3.试析基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计方法 [J], 李智丽;陈昉
4.基于CAE汽车覆盖件拉伸成形工艺优化与模具设计 [J], 王朴;杨梅;王浩;李厚佳;
金龙建
5.基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计及优化 [J], 徐金波;董湘怀
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基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计及优化摘要：介绍了基于有限元模拟的汽车罩盖模具设计。

商业压机软件AutoForm用于实现模压机表面的模拟，工艺互补表面和抗拉筋设计以及覆盖成型过程，从而改变了传统的有限元。

仿真后，依靠CAD软件进行频繁的模具改进方法，模具的参数化设计可以在有限元工具软件的内部结构中实现，不仅缩短了工具独特设计的时间，而且提高了工具详细设计的可靠性和稳定性。

关键词：覆盖件；模具设计；有限元引言实际上，其他汽车上盖部件是指异型车身部件的表面以及构成驾驶室或驾驶室后部，底盘悬架和发射器的内部和外部部件。

一些冲压部件具有较大的外形，非常复杂的圆形，较高的外表面整体质量，较大的弯曲表面以及较薄的主体材料。

由于汽车车身的很大一部分是由汽车覆盖件组成的，因此汽车覆盖件模具的设计与制造是非常重要的。

几乎60%以上的整车研发工作，因此良好的模具设计方法有利于减少整车的研发工作量，缩短整车的研发周期，使汽车厂商能够有效地面对全球竞争。

1有限元有限元法将计算方法、静力学理论体系和计算机技术等三个学科的理论知识不断有效地结合在一起，但它不是对这三个基本学科的简单补充，也不是一个有自己理论基础的新学科领域，概念基础和核心问题解决方法。

有限元也非常适合于解决工程问题，因为它们比其他常用方法更高效、快速和灵活，所以实现了快速的发展数学方程在许多领域中的应用；同时，它的计算机程序基本上可以解决数学方程中的所有问题。

目前，有限元已成为求解数学方程的一种非常普遍的数值计算方法。

在解决实际工程技术问题的过程中，建立基本方程和确定边界条件不是很困难，但是，除了其他材料的功能特性外，最大的内部和外部载荷以及不规则的简单几何整体形状，解决过程更加困难，因此解决的难度更大。

而数学物理相关性模型为大多数一元二次方程（子域）提供了近似解。

有限元法作为一个成熟的、稳定的大规模软件系统作为平台，使其具有高效、快速、灵活等优点，因此得到了很快的发展。

86研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2020.01 (上)随着汽车行业的飞速发展，行业内的市场竞争也日趋激烈，全球范围内的各个汽车生产商为在竞争中占据优势，领跑市场，不断推出新的车型满足用户需求。

为防止模具在使用过程中失效，通常的做法就是使模具更大、更厚，增加模具预应力或使用组合模，但在有些情况下，这些解决办法却会使模具制造变得更糟。

因此，汽车覆盖件冲压成形计算机数值模拟技术已经成为国际模具加工领域的一个研究热点。

1 零件的工艺分析零件的工艺特点是拉伸深度浅，局部形状突变。

材料属于高强度材料，料厚1.2mm 。

中间横向分布两个20mm 直径的孔，孔间距500mm ，在右下角有一个6mm 半径的缺口，右边中心孔上边有一个直径11.7mm 的孔。

可以通过冲压方法加工。

材料：St 280，普通结构钢，抗拉强度≥520MPa，条件屈服强度≥205Mpa，如图1所示。

图12 基于CATIA 冲压模具的设计应用CATIA 对左侧围后门槛梁加强板进行模具设计的主要思路：（1）明确左侧围后门槛梁加强板模具的开模方向，并通过分割模型区域等拉伸命令创建左侧围后门槛梁加强板模型的分型面；（2）通过绘制矩形，设置凸台，并通过分割曲面等命令完成模具型芯型腔的设计；（3）通过应用前面创建的模具型芯型腔区域建立分解视图，并对模具设计后续工作如设置浇注系统等进行说明。

通过绘制草图创建分割曲线、创建分型面等命令来完成型芯、型腔设计，并通过创建模具分解视图等一系列操作最终设计出汽车左侧围后门槛梁加强板模具的三维造型，如图2所示。

基于CATIA 的汽车覆盖件冲压模具有限元分析孙力伟1，高阳2（1.长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130013；2.长春一汽国际物流有限公司，吉林 长春 130011）摘要：本文介绍了冲压模具设计的CAE 技术，利用三维建模软件CATIA 完成冲压模具的设计，主要以汽车左侧围后门槛梁加强板的冲压模具设计为实例，阐述了冲压模具加工的基本理论。

汽车覆盖件冲压模具有限元分析背景在汽车生产过程中，覆盖件的制作是不可避免的步骤，而覆盖件的制作需要用到冲压模具。

冲压模具是以模板、模座、顶针、模芯等为基础设计完成的一种金属制品加工工具，其设计的好坏直接关系到产品成型质量、工艺效率和生产成本。

因此，对于汽车覆盖件冲压模具的有限元分析是必不可少的，可以找出模具在使用中出现的问题并进行改进，提高生产效率和成品率。

有限元分析的具体步骤有限元分析是一种数值分析方法，可以对复杂结构的物体进行分析。

对于冲压模具的有限元分析，具体步骤如下：1.建立有限元模型针对具体的冲压模具进行建模，建立其具体的尺寸和结构。

2.设定模型的边界条件确定模具在使用中需要承受的边界条件，包括外力、初始位移等。

3.进行材料属性分析需要对模具所用的材料进行分析，获取材料的物理特性参数，以便后续分析中使用。

4.进行有限元分析根据建立的有限元模型和设定的边界条件，进行有限元分析，并计算模具在使用中的应力、应变等参数。

5.分析结果根据有限元分析的结果，分析模具出现的问题和需要改进的地方，并作出相应的改进措施。

有限元分析对冲压模具的影响进行有限元分析可以大大提高冲压模具的生产质量和生产效率，具体影响如下：1.提高设计水平有限元分析可以帮助设计者在设计阶段尽早发现模具出现的问题，并加以解决，提高模具的设计水平。

2.减少试错次数进行有限元分析可以有效减少试验的次数，减少了试错的成本和时间，提高了经济效益。

3.提高生产效率通过优化模具设计和改进生产工艺，有限元分析可以提高生产效率，减少了生产成本和生产周期。

冲压模具的常见问题及解决方案在使用中，冲压模具会出现一些常见问题，需要加以解决，具体如下：1.模具容易疲劳在使用一段时间后，模具容易出现疲劳裂纹等问题。

解决方案是在设计中加强模板结构，增加强度和耐磨性。

2.模具易变形在模具加工和使用中易出现变形问题。

解决方案是在设计时采用合适的材料并增加支撑结构。

ｆ） １ 云点 处理
逆 向工程 与传 统 的设 计 和制 造 工程相 比 ，主要 星 在 设 计阶段 的不 同 逆 向设计 的 泉是 实物 ｃ 或模 型 ｊ ３ 的 Ｄ 点 云数据 Ｉ． 。．它的 关键技 术 主要是 样件 表而数 字化 御曲
衙重 构 这 蛹大技 术问题 也星 逆向 Ｔ 程司 究 的重点 内容 ． ｝ ． （） １ 数字 化删 量 力 法和 技术 。
猛 的发展 逆 向 ｒ程技 术 已成 为吸Ｉ 【 叟、淌 化『 汽 车覆 盖件 是汽 车车 身生 产的 重要 工艺 装 备，麒 主要结 构特 点 是尺
（） ２数据 处理 逆 向 程 的 目标 是根 据 离 散 的数 据 点 集 构造 出分 段 滑的 Ｃ 光 ＡＤ模型 ， 因此模 型 熏 建技 术 即成 为逆 向 １ 程 的关键 技术 。 ］在进 行 曲面重 建之前 ， 利用 Ｃ ＴＡ的数 ＡＩ 字化 外形 编辑 器模块 解决 数 字化数 据 的导 人 、 点剔 除 、 坏 匀化 截 面 、 征 线 、 横 特 外形 和 带实 时 诊断 的 质量检 查 问
实物 零 件 的 表 面 数 事化 就 足通 过 特 定 的 测量 设 备 和测 量 方法 获取零 件 表 而离 散点 的 几何坐 标数 据 一
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略仪汽车覆盖件冲压的有限元1.有限元模型的建立和参数设定一般汽车覆盖件工艺设计流程具体分析如下：（1）根据产品图及产品冲压工艺设计，进行详细的车身产品工艺性分析。

为了实现拉延或创造良好的拉延条件，必须合理考虑冲压方向、工艺补充部分形状以及压料面形式、拉延筋布置等重要工艺因素。

其中包括利用计算机进行的工艺补充面三维设计。

（2）在满足产品使用的前提下，将过剩的质量要求及时反馈给产品设计部门，进行研讨，力争把产品完善到最简单、最合理的工艺要求，以克服产品的过剩质量，减少不必要的工装投入。

（3）利用计算机进行车身产品的冲压工艺性分析，进行图面形状的分析探讨和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握产品使用性能要求的前提下，考虑用户使用和维修，利用塑性加工原理、冲压工艺知识和模具设计结构的有关知识，设计冲压工艺过程图。

在设计过程中，同时要分析冲压工艺方案，发现不足之处，进行必要的修正。

（4）模具设计人员按照冲压工艺过程图的基本要求进行模具设计，模具CAD设计包括上、下模座，工作部分零件，导向部件，定位零件和进出料装置等设计。

数控编程和模型人员按照冲压工艺过程图和模具图进行数控编程和模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进行机械加工和模具装配调试，最终调试出合格的产品。

选用某轿车内部地板零件产品图，此零件是一个比较复杂的中小型车身结构件。

由于零件拉延深度深，并且具有局部反拉延，因此成形过程估计会出现问题，为了验证问题所在我们利用CAE软件进行模拟成形计算。

对于复杂冲压零件的成形过程，不但同一时刻不同位置的板坯所承受的变形方式和变形程度不同，而且不同时刻同一位置的板坯所承受的变形方式和变形程度也不同；另外，冲压工艺边界条件的设定对变形路径和各部分的变形程度的影响也非常明显。

一般划分网格时，首先建立一个拓扑结构模型。

这一步骤是连接分离的型面，使你可以在网格划分的时候得到连续的网格（两个相连的元素在分界线之问共同享用相同的节点）。

摘
要： 通过对汽车覆盖件冲压成形仿 真有 限元方程及其算法 的研究 ， 认为动力显式解法更适合于 冲压成形
仿真。 关键词 ： 覆盖件 ； 有限元 ； 解法
中图分类号： ４ ３ Ｕ６
Ｏ 引 言
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ０ ３ ８ （ｏ ８ １ Ｏ ２ Ｏ １ ８— ３３ ２ ｏ ） ２一 １８一 １ ０ 项， 得到
＝ｊ ‘△ ｌ Ｊ ）ｕ ｝ （
从而得到求解方程为 △‘＝后１ ‘４ ｌ Ｉ Ｉ（ ） （） ３ ￡ ＝“ ＋ ‘ ‘ ‘△ｌ （） ４ 只要选择载荷步 ４ 一 足够小 ， ＝ 即可得到较高精 度 的位移。
２ ２ 静 力 隐式 解 法 ．
式中 ：ｆ为系统 的临界 时间步长 ； 为有 限元系统 的最小 △ 固有振动周期 。 虽然动力显式格式是条件稳定的 ， 受最小时间步长的限 制， 但却可以利用 这个 最小 时间步 长来方便 地处 理接触 问 题， 因为对于接触问题 ， 接触状态变化越小越容易处理 。 ３ 结 论 （） １静力隐式 与静力 显式 格式 相 比， 精度较 高 ， 一 但每 载荷增量步都须多次迭代 ， 效率较低 ， 且必须每一步都收敛。 （） ２ 动力显式解 法把作 为准 静力过 程 的冲压成形 过程 处理成 动力过程 ， 引起解 的精度偏差 。但动力显式格式和 会 静力格式相 比计算效率很高并且具有一定的计算精度 ， 以 所 在 当前汽车覆盖件成形仿真 中得到广泛的应用 。
式的有 限元方程。 ｌ 几何非线性有限元控 制方程
迭代求解 ， 直到不平衡力 △ 足够小 ， 得到的 ｌ 即为 ｔ ｌ ２ ＋ 时刻 的 ｌ 。 ‘ “
２３ 动 力 显 式 解 法 ．
令 Ｑ ＋ 表示包含接触力的外力矢量 ， ＝ ， 则式（） １变为

________________________来稿日期上海交通大学国家模具ＣＡＤ工程研究中心２０００３０上海大众汽车有限公司２０１８０５博士研究生提 要本文介绍了车身覆盖件冲压仿真的有限元建模技术给出了某型轿车内门板的应用实例关　键　词车身覆盖件冲压仿真０ 引　言目前即与此同时性能实用环保等方面为了迎接这一挑战即降低产品开发费用和减轻汽车的重量一个很重要的环节就是降低车身覆盖件模具的制造费用和生产周期［１］形状复杂其成形过程涉及几何非线性随着非线性理论车身覆盖件冲压仿真技术逐渐从实验室阶段走向工业实用阶段降低生产成本的有利工具国外有许多比较成熟的软件可用于板料成形的冲压仿真ＣＦＯＲＭＰａｍＳｔａｍｐ本文运用ＵＧ在ｅｔａ／Ｄｙｎａｆｏｒｍ环境下建立了内门板的有限元模型提出了单元的划分原则３２ 计算机辅助工程 ２００１────────────────────────────────────────────１ 覆盖件冲压仿真的几何建模一般覆盖件都要经过拉深整形冲孔等几道工序从零件最终成形后的产品造型出发通过非接触式或接触式扫描测量机来获得被测实物表面的离散点的空间位置信息包括凹模压边圈等并确定好模具几何模型中各部分之间及其与坯料之间符合实际的空间位置由于一般的ＣＡＥ软件的造型功能并不十分强大ＵＧＰＲＯ／Ｅ等２ 车身覆盖件冲压仿真的有限元建模覆盖件的ＣＡＤ模型建好以后将其转换为通用的数据格式文件就可以转入有限元分析软件的前处理器中得到模具的有限元网格国际产品模型数据交换标准ＳＴＥＰＮＢＳ法国航空航天业开发的ＳＥＴ标准现在许多商品化的ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中并取得了很大成功模型的有些信息不能转换模型的有些数据虽然能转换数据转换时人为修改也很困难薄膜单元薄膜单元由于计算时间短其理论基础是基于平面应力假设的薄膜理论考虑的内力仅为沿薄壳厚度均匀分布的平行于中面的应力因而薄膜单元只适用于分析胀形等弯曲效应不明显的成形过程采用薄膜单元就明显不足了因而可以用来分析弯曲深拉深过程采用体单元来处理复杂的车身覆盖件冲压成形问题时需要很长的计算时间和很大的内存基于壳单元理论的壳单元既能处理弯曲效应因此壳单元被广泛用于板料成形过程的有限元分析中通常都用壳单元对模具和毛坯的几何模型进行有限元网格划分Ｂｅｌｙｔｓｃｈｋｏ－Ｔｓａｙ（ＢＴ）壳单元和Ｈｕｇｈｅｓ－Ｌｉｕ（ＨＬ）壳单元其主要缺点是由于采用了局部坐标系和纤维坐标系两种坐标变换ＢＴ壳单元是对ＨＬ壳单元计算效率的一种修正而提出的［７］计算成本低但基本吻合在板料冲压仿真时选择ＢＴＮｏ．１ 车身覆盖件冲压仿真的有限元建模技术 ３３────────────────────────────────────────────壳单元比较合理在很大程度上取决于初始网格的质量是有限元建模的主要任务之一比较好的方法是利用ＵＧ自动生成ＮＡＳＴＲＡＮ格式的壳单元网格信息文件利用Ｄｙｎａｆｏｒｍ前处理的有限元模型检查功能翘曲等不合理单元加以修改在用三角形或四边形单元对模具和坯料进行离散化建立有限元模型时因而在划分网格时应注意以下原则１在曲面剧烈变化处或圆角过渡及拐角处单元应划分得更密一些３最好把具有共同边界的单面缝合成一张整面同一部件单元法向的一致性５覆盖件冲压成形过程中坯料变形复杂为了更好地反映板料的变形情况这样在计算过程中实现重划分单元的功能Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｍｅｓｈ提高了冲压仿真的准确度因而降低了计算效率边界条件密度杨氏模量屈服强度塑性硬化指数边界条件的定义包括摩擦和润滑等目前应用较成熟的摩擦模型有经典的和修正的Ｃｏｕｌｏｍｂ摩擦运动的定义包括模具凸压边圈等部分的运动如单面接触等２．４　自动对模在成形过程的有限元仿真开始前对模有手工对模和自动对模自动对模相对方便先选定拉深的类型在保证模具各部分单元法向指向坯料且坯料单元法向一致的时候就可以选择Ａｕｔｏ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ进行自动对模该零件是典型的具有自由曲面和雕塑曲面的汽车覆盖件其实物模型图３４ 计算机辅助工程 ２００１────────────────────────────────────────────图３　车门内板模具和坯料有限元网格３ 存在问题及今后的研究方向（１）　网格生成是几何定义与有限元的桥梁（２）　三维动态接触算法及摩擦模型的建立有待进一步研究（４）　实现建模的双向可逆性Ｎｏ．１ 车身覆盖件冲压仿真的有限元建模技术 ３５────────────────────────────────────────────参 考 文 献１２３４５６７徐伟力等机械工程学报３６（７）：１－４（３８）ＬＳ－ＤＹＮＡ　Ｕｓｅｒ　Ｍａｎｕａｌ． Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｒｐ．，１９９７印雄飞等机械科学与技术１９（３）：４５２－２５３唐荣锡北京１９９４胡轶敏等汽车技术。