基于dynaform的車門沖壓成形過(guò)程仿真與坯料設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　abstractII </p><p>&l

2、t;b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 成形過(guò)程仿真研究意義3</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)3 </p><p>　　1.3.1 與CAD 軟件的無(wú)逢集成4</p><p>

3、;　　1.3.2 更為強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力5</p><p>　　1.3.3 由求解線性問(wèn)題發(fā)展到求解非線性問(wèn)題 5</p><p>　　1.3.4 由單一結(jié)構(gòu)場(chǎng)求解發(fā)展到耦合場(chǎng)問(wèn)題的求解6</p><p>　　1.3.5程序面向用戶的開(kāi)放性 6</p><p>　　1.4 研究?jī)?nèi)容、方法、手段 6</p><p&

4、gt;　　2 板料成形有限元模擬的基本理論及方法8</p><p><b>　　2.1 概述8</b></p><p>　　2.2 板料成型有限元模擬的基本方法8</p><p>　　2.2.1板材剛塑性有限元材料基本假設(shè)8</p><p>　　2.2.2板材的成型的理論計(jì)算過(guò)程.9</p>

5、<p>　　3 有限元軟件dynaform綜述11</p><p>　　3.1基本簡(jiǎn)介11</p><p>　　3.1.1 DYNAFORM前處理12</p><p>　　3.1.2 DYNAFORM求解器12</p><p>　　3.1.3 DYNAFORM的后處理13</p><p>　

6、　4 汽車外門板的坯料展開(kāi)仿真過(guò)程設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1車門外板的結(jié)構(gòu)及加工工藝簡(jiǎn)介14</p><p>　　4.2研究的具體方法15</p><p>　　4.2.1建立覆蓋件的幾何模型15</p><p>　　4.2.2導(dǎo)入DYNAFORM軟件16</p><p>　　4.2.3編輯數(shù)據(jù)庫(kù)

7、的零件層16</p><p>　　4.2.4 網(wǎng)格劃分17</p><p>　　4.2.5 網(wǎng)格檢查18</p><p>　　4.2.6 MSTEP模塊參數(shù)設(shè)置19</p><p>　　4.2.7 啟動(dòng)后處理20</p><p>　　4.2.8 成形極限圖分析(FLD)21</p><

8、;p>　　4.2.9 厚度變化圖23</p><p>　　4.2.10 產(chǎn)品排樣26</p><p>　　4.2.11 車門的動(dòng)畫(huà)仿真過(guò)程29</p><p>　　5 總結(jié)30</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　謝辭32

9、</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　汽車覆蓋件的加工成型過(guò)程屬于復(fù)雜的沖壓拉深變形工藝，為了獲得無(wú)缺陷的車門外板成型件，本文利用有限元軟件DYNAFORM的BSE工程模塊對(duì)不同材質(zhì)的車門外板成型過(guò)程進(jìn)行仿真，研究并估算了工件坯料的外形尺寸，確定了工件在成形后的厚度變化、成形極限圖、第一主應(yīng)力的變化情況等，且得到了

10、厚度與應(yīng)力變化之間的關(guān)系。結(jié)果表明鋁質(zhì)板材AA009比DQSK型鋼板有更好的拉深成形工藝 ，用厚度為0.8mm AA009材料在成形過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)拉破和起皺的情況，但采用厚度為1.0mmDQSK鋼材在成形過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)輕微的破裂現(xiàn)象，而且采用厚度為0.8mm的AA009材料可以降低單件的價(jià)格，降低最小沖裁力，有效地降低沖壓設(shè)備的噸位，降低模具和設(shè)備的磨損。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 翻邊 仿真 DYNAFO

11、RM 沖壓加工</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Auto Panel processing molding process is complex stamping drawing deformation process, In order to obtain non-defective vehicles outside th

12、e plate molding pieces, This paper uses finite element software DYNAFORM the BSE module works on a different material from the outside the car plate into the molding process OK simulation study and estimation of the blan

13、k workpiece dimensions determined after the formation of the workpiece thickness changes FLD, the first principal stress of the changes, whic</p><p>　　Keywords ： Flanging Simulation Dynaform Punchi

14、ng</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 研究背景</p><p>　　車身覆蓋件成型是一個(gè)復(fù)雜的變形過(guò)程，成型質(zhì)量受許多的因素影響。傳統(tǒng)沖壓過(guò)程主要是依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)加工工藝和模具，然后通過(guò)試模生產(chǎn)來(lái)檢驗(yàn)覆蓋件是否符合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求 。這樣不僅產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)而且消耗大量的人力物力。隨著計(jì)

15、算機(jī)軟硬件技術(shù)、圖形學(xué)技術(shù)、人工智能技術(shù)、板料塑性變形理論和數(shù)值計(jì)算方法等的發(fā)展．以及與傳統(tǒng)的工藝/模具設(shè)計(jì)技術(shù)的交叉集成開(kāi)創(chuàng)了利用CAD／CAM/CAPP技術(shù)和CAE數(shù)值模擬分析技術(shù)進(jìn)行覆蓋件成型工藝設(shè)計(jì)的新領(lǐng)域。</p><p>　　最近幾年，隨著計(jì)算科學(xué)的快速發(fā)展和有限元技術(shù)應(yīng)用的日益成熟，CAE技術(shù)模擬分析金屬在塑性變形過(guò)程中的流動(dòng)規(guī)律在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。CAE技術(shù)的成功運(yùn)用，不僅大大縮短了

16、模具和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，而且有利于將有限元分析法和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法結(jié)合起來(lái)，從而推動(dòng)模具現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者在這方面做了研究[1]。</p><p>　　傳統(tǒng)的汽車覆蓋件模具因其體積大、工作型面復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，已成為開(kāi)發(fā)新車型的瓶頸。目前大多采用鋼制模具來(lái)生產(chǎn)薄板類以及覆蓋件類零件．因此帶來(lái)沖壓模具制造周期長(zhǎng)、成本高和加工難度大等一系列問(wèn)題，尤其是在零

17、件的中小批量生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制時(shí)，這些不足就更加凸顯出來(lái)。對(duì)于成熟零件，探討研究基于Dynaform的CAE技術(shù)對(duì)汽車覆蓋件及其沖壓模具的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行仿真模擬分析[2]。</p><p>　　在板料成形生產(chǎn)中，使用傳統(tǒng)工藝試制模具耗時(shí)較多 不能適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的現(xiàn)代市場(chǎng)，對(duì)成本、產(chǎn)品研發(fā)周期以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面提出了越來(lái)越迫切的要求。在傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，過(guò)多時(shí)間浪費(fèi)在“設(shè)計(jì)→試制→發(fā)現(xiàn)問(wèn)題→再設(shè)計(jì)→再試制→再

18、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”的循環(huán)中，因而成本耗費(fèi)大，面對(duì)現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代目益加快的需要 ，原始方法可是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠解決問(wèn)題的。相比之下，在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中使用CAD／CAM／CAE技術(shù)的優(yōu)越性更為明顯，國(guó)內(nèi)雖有許多企業(yè)采用該技術(shù)并取得了一些經(jīng)驗(yàn)和技巧，但能真正利用UG、Pro／E，Deform及Dynaform等大型軟件進(jìn)行模具的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)與制造，并進(jìn)行沖壓仿真來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)的還不多。鑒于傳統(tǒng)拉深模具型面設(shè)計(jì)的種種問(wèn)題，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都在大力發(fā)展該技

19、術(shù)在模具型面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用?？梢哉f(shuō)，能否采用該技術(shù)是提高模具制造質(zhì)量、設(shè)計(jì)效率 改變落后的模具設(shè)計(jì)制造方法的關(guān)鍵。</p><p>　　隨著非線性理論、有限元方法和計(jì)算機(jī)軟硬件的迅速發(fā)展，車身覆蓋件沖壓仿真技術(shù)逐漸從實(shí)驗(yàn)室階段走向工業(yè)實(shí)用階段，成為國(guó)外發(fā)達(dá)汽車廠家縮短車身覆蓋件開(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本的利器 。為了確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確性和可行性，利用DYNAFORM軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的同時(shí)預(yù)測(cè)產(chǎn)品在成型過(guò)程中可能發(fā)生的

20、問(wèn)題，在設(shè)計(jì)過(guò)程中及時(shí)修改，從而有效的提高產(chǎn)品質(zhì)量節(jié)約生產(chǎn)成本。因此，開(kāi)展對(duì)汽車覆蓋件成型的理論和實(shí)踐研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和世界經(jīng)濟(jì)的一體化，對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越多樣化，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。制造企業(yè)為了生存，就必須提供市場(chǎng)上適銷對(duì)路的、高質(zhì)量的產(chǎn)品；與此同時(shí)，為適應(yīng)日新月異的市場(chǎng)，企業(yè)必須不斷推陳出新，大大縮短產(chǎn)品的升級(jí)換代周期。對(duì)于現(xiàn)代制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，要求企業(yè)能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試制、定型和生產(chǎn)，

21、及時(shí)推向市場(chǎng)，在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)[4]。</p><p>　　有限元系列軟件正是迎合了人們的這種要求，利用有限元軟件我們可以幫助工程師和設(shè)計(jì)人員：① 設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本；② 提高工模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本；③ 縮短新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)周期。</p><p>　　DYNAFORM不同于一般的有限元程序，它是專為金屬板料成形而設(shè)計(jì)的。它具有非常友好的圖形用戶界

22、面，可幫助用戶很方便地進(jìn)行準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和成形分析。這樣，工程師們便可把精力主要集中在工藝分析上，而不是去學(xué)習(xí)煩瑣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。DYNAFORM專為大變形問(wèn)題設(shè)計(jì)了一個(gè)全自動(dòng)的、優(yōu)化的網(wǎng)格再劃分系統(tǒng)是一個(gè)高度模塊化、集成化的有限元模擬系統(tǒng)，它主要包括前處理器、模擬器、后處理器三大模塊。前處理器處理模具和坯料的材料信息及幾何信息的輸入、成形條件的輸入，建立邊界條件，它還包括有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成器；模擬器是集彈性、彈塑性、剛(粘)塑性、熱傳導(dǎo)于一體

23、的有限元求解器；后處理器是將模擬結(jié)果可視化，支持0PGI 圖形模式，并輸出用戶所需的模擬數(shù)據(jù)。DYNAFORM允許用戶對(duì)其數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，對(duì)系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行修改，以及定義自己的材料模型等[5]。</p><p>　　1.2 成形過(guò)程仿真研究意義</p><p>　　汽車外門板翻邊工序仿真的試驗(yàn),提出了用毛坯反求來(lái)確定修邊線的方法,實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用表明這一方法是切實(shí)可行的。它不同于以往確定修邊線

24、都是從解析模式入手,僅僅從理論的角度來(lái)分析。因?yàn)橛绊懛呥^(guò)程的因素很多,包括材料的力學(xué)性能、模具與工件之間的摩擦、翻邊高度等,在理論分析中很難建立一個(gè)能全面考慮這些影響的模型,因而只能對(duì)一些簡(jiǎn)單的翻邊零件進(jìn)行分析。但是在仿真分析中則可以很容易地綜合各種因素的影響,運(yùn)用毛坯反求的方法來(lái)確定翻邊零件的修邊線,整個(gè)過(guò)程都是在計(jì)算機(jī)中模擬,因此可以節(jié)省大量的人力和物力,對(duì)于更好地指導(dǎo)修邊模的設(shè)計(jì),縮短模具的開(kāi)發(fā)周期具有重要意義。</p&g

25、t;<p>　　1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1965年“有限元”這個(gè)名詞第一次出現(xiàn)，到今天有限元在工程上得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷史，理論和算法都已經(jīng)日趨完善。有限元的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，就是將實(shí)際結(jié)構(gòu)假想地離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，實(shí)際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過(guò)對(duì)離散體進(jìn)行分析，得出滿足工程精度的近似結(jié)果來(lái)替代對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的分析，這樣可以解決很多實(shí)際工程需要

26、解決而理論分析又無(wú)法解決的復(fù)雜問(wèn)題。 </p><p>　　國(guó)際上早在60年代初就開(kāi)始投入大量的人力和物力開(kāi)發(fā)有限元分析程序，但真正的CAE軟件是誕生于70年代初期，而近15年則是CAE軟件商品化的發(fā)展階段，CAE開(kāi)發(fā)商為滿足市場(chǎng)需求和適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，在大力推銷其軟件產(chǎn)品的同時(shí)，對(duì)軟件的功能、性能，用戶界面和前、后處理能力，都進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)與擴(kuò)充。這就使得目前市場(chǎng)上知名的CAE軟件，在功能、

27、性能、易用性﹑可靠性以及對(duì)運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性方面，基本上滿足了用戶的當(dāng)前需求，從而幫助用戶解決了成千上萬(wàn)的工程實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)也為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。目前流行的CAE軟件主要有DYNAFORM、 NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。MSC-NASTRAN軟件因?yàn)楹蚇ASA的特殊關(guān)系，在航空航天領(lǐng)域有著很高的地位，它以最早期的主要用于航空航天方面的線性有限元分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)

28、，兼并了PDA公司的PATRAN，又在以沖擊、接觸為特長(zhǎng)的DYNA3D的基礎(chǔ)上組織開(kāi)發(fā)了DYTRAN。近來(lái)又兼并了非線性分析軟件MARC,成為目前世界上規(guī)模最大的有限元分析系統(tǒng)。ANSYS軟件致力于耦合場(chǎng)</p><p>　　縱觀當(dāng)今國(guó)際上CAE軟件的發(fā)展情況，可以看出有限元分析方法的一些發(fā)展趨勢(shì)：與CAD軟件的無(wú)縫集成，更為強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力，由求解線性問(wèn)題發(fā)展到求解非線性問(wèn)題，由單一結(jié)構(gòu)場(chǎng)求解發(fā)展到耦合場(chǎng)問(wèn)題

29、的求解，程序面向用戶的開(kāi)放性。</p><p>　　1.3.1 與CAD軟件的無(wú)縫集成 </p><p>　　當(dāng)今有限元分析軟件的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是與通用CAD軟件的集成使用，即在用CAD軟件完成部件和零件的造型設(shè)計(jì)后，能直接將模型傳送到CAE軟件中進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分并進(jìn)行分析計(jì)算，如果分析的結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求則重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，直到滿意為止，從而極大地提高了設(shè)計(jì)水平和效率。為了滿足工程師快

30、捷地解決復(fù)雜工程問(wèn)題的要求，許多商業(yè)化有限元分析軟件都開(kāi)發(fā)了和著名的CAD軟件（例如Pro/ENGINEER、Epigraphic、Solid Edge、Solid Works、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。有些CAE軟件為了實(shí)現(xiàn)和CAD軟件的無(wú)縫集成而采用了CAD的建模技術(shù)，如ADINA軟件由于采用了基于Para solid內(nèi)核的實(shí)體建模技術(shù)，能和以Para-solid為核心的CAD軟件（如Epigraphic

31、、Solid-Edge、Solid-Works）實(shí)現(xiàn)真正無(wú)縫的雙向數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　1.3.2 更為強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力 </p><p>　　有限元法求解問(wèn)題的基本過(guò)程主要包括：分析對(duì)象的離散化、有限元求解、計(jì)算結(jié)果的后處理三部分。由于結(jié)構(gòu)離散后的網(wǎng)格質(zhì)量直接影響到求解時(shí)間及求解結(jié)果的正確性與否，近年來(lái)各軟件開(kāi)發(fā)商都加大了其在網(wǎng)格處理方面的投入，使網(wǎng)格生成的質(zhì)量和效率都有了很

32、大的提高，但在有些方面卻一直沒(méi)有得到改進(jìn)，如對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行自動(dòng)六面體網(wǎng)格劃分和根據(jù)求解結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，除了個(gè)別商業(yè)軟件做得較好外，大多數(shù)分析軟件仍然沒(méi)有此功能。自動(dòng)六面體網(wǎng)格劃分是指對(duì)三維實(shí)體模型程序能自動(dòng)的劃分出六面體網(wǎng)格單元，現(xiàn)在大多數(shù)軟件都能采用映射、拖拉、掃略等功能生成六面體單元，但這些功能都只能對(duì)簡(jiǎn)單規(guī)則模型適用，對(duì)于復(fù)雜的三維模型則只能采用自動(dòng)四面體網(wǎng)格劃分技術(shù)生成四面體單元。對(duì)于四面體單元，如果不使用中間

33、節(jié)點(diǎn)，在很多問(wèn)題中將會(huì)產(chǎn)生不正確的結(jié)果，如果使用中間節(jié)點(diǎn)將會(huì)引起求解時(shí)間、收斂速度等方面的一系列問(wèn)題，因此人們迫切的希望自動(dòng)六面體網(wǎng)格功能的出現(xiàn)。自適應(yīng)性網(wǎng)格劃分是指在現(xiàn)有網(wǎng)格基礎(chǔ)上，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果估計(jì)計(jì)算誤差、重新劃分網(wǎng)格和再計(jì)算的一個(gè)循環(huán)過(guò)程。對(duì)于許多工程實(shí)際問(wèn)題，在整個(gè)求解過(guò)程中，模型的某些區(qū)域?qū)?huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)變</p><p>　　1.3.3 由求解線性問(wèn)題發(fā)展到求解非線性問(wèn)題 </p>

34、<p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，線性理論已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的要求，許多工程問(wèn)題如材料的破壞與失效、裂紋擴(kuò)展等僅靠線性理論根本不能解決，必須進(jìn)行非線性分析求解，例如薄板成形就要求同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的大位移、大應(yīng)變（幾何非線性）和塑性（材料非線性）；而對(duì)塑料、橡膠、陶瓷、混凝土及巖土等材料進(jìn)行分析或需考慮材料的塑性、蠕變效應(yīng)時(shí)則必須考慮材料非線性。眾所周知，非線性問(wèn)題的求解是很復(fù)雜的，它不僅涉及到很多專門的數(shù)學(xué)問(wèn)題，還必須掌握一定的

35、理論知識(shí)和求解技巧，學(xué)習(xí)起來(lái)也較為困難。為此國(guó)外一些公司花費(fèi)了大量的人力和物力開(kāi)發(fā)非線性求解分析軟件，如ADINA、ABAQUS等。它們的共同特點(diǎn)是具有高效的非線性求解器、豐富而實(shí)用的非線性材料庫(kù)，ADINA還同時(shí)具有隱式和顯式兩種時(shí)間積分方法。</p><p>　　1.3.4 由單一結(jié)構(gòu)場(chǎng)求解發(fā)展到耦合場(chǎng)問(wèn)題的求解 </p><p>　　有限元分析方法最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，主要用來(lái)求解

36、線性結(jié)構(gòu)問(wèn)題，實(shí)踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法。而且從理論上也已經(jīng)證明，只要用于離散求解對(duì)象的單元足夠小，所得到的解就可足夠逼近于精確值?，F(xiàn)在用于求解結(jié)構(gòu)線性問(wèn)題的有限元方法和軟件已經(jīng)比較成熟，發(fā)展方向是結(jié)構(gòu)非線性、流體動(dòng)力學(xué)和耦合場(chǎng)問(wèn)題的求解。例如由于摩擦接觸而產(chǎn)生的熱問(wèn)題，金屬成形時(shí)由于塑性功而產(chǎn)生的熱問(wèn)題,需要結(jié)構(gòu)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的有限元分析結(jié)果交叉迭代求解，即\熱力耦合\的問(wèn)題。當(dāng)流體在彎管中流動(dòng)時(shí)，流體壓力會(huì)使彎管產(chǎn)生變形，而

37、管的變形又反過(guò)來(lái)影響到流體的流動(dòng)……這就需要對(duì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)和流場(chǎng)的有限元分析結(jié)果交叉迭代求解，即所謂\"流固耦合"\的問(wèn)題。由于有限元的應(yīng)用越來(lái)越深入，人們關(guān)注的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，耦合場(chǎng)的求解必定成為CAE軟件的發(fā)展方向。 </p><p>　　1.3.5 程序面向用戶的開(kāi)放性 </p><p>　　隨著商業(yè)化的提高，各軟件開(kāi)發(fā)商為了擴(kuò)大自己的市場(chǎng)份額，滿足用戶的需求，在軟件

38、的功能、易用性等方面花費(fèi)了大量的投資，但由于用戶的要求千差萬(wàn)別，不管他們?cè)鯓优σ膊豢赡軡M足所有用戶的要求，因此必須給用戶一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，允許用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)軟件進(jìn)行擴(kuò)充，包括用戶自定義單元特性、用戶自定義材料本構(gòu)（結(jié)構(gòu)本構(gòu)、熱本構(gòu)、流體本構(gòu)）、用戶自定義流場(chǎng)邊界條件、用戶自定義結(jié)構(gòu)斷裂判據(jù)和裂紋擴(kuò)展規(guī)律等等。 </p><p>　　關(guān)注有限元的理論發(fā)展，采用最先進(jìn)的算法技術(shù)，擴(kuò)充軟件的能，提高軟件性能以

39、滿足用戶不斷增長(zhǎng)的需求，是CAE軟件開(kāi)發(fā)商的主攻目標(biāo)，也是其產(chǎn)品持續(xù)占有市場(chǎng)，求得生存和發(fā)展的根本之道[8]。</p><p>　　1.4研究?jī)?nèi)容、方法、手段</p><p>　　本課題主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1.通過(guò)有限元軟件DYNAFORM對(duì)沖壓成形過(guò)程的仿真選擇適合的材料。2.利用DYNAFORM的BSE模塊精確的計(jì)算毛坯的外形尺寸。3.分析車門外板在沖壓成型過(guò)程中可能會(huì)出

40、現(xiàn)的局部減薄破裂、增厚起皺現(xiàn)象。通過(guò)以預(yù)測(cè)，可以有效的提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，減少單件的生產(chǎn)成本。</p><p>　　本課題選用DYNAFORM軟件對(duì)車門沖壓成形進(jìn)行數(shù)值模擬，因?yàn)镈YNAFORM對(duì)用戶的工程背景及理論知識(shí)要求并不高，具有界面友好和方便以及操作流程自動(dòng)的特點(diǎn)。圖1.1是應(yīng)用DYNAFORM進(jìn)行車門沖壓成形模擬分析的方法過(guò)程。</p><p><b>　　↓</

41、b></p><p><b>　　↓</b></p><p><b>　　↓</b></p><p><b>　　↓</b></p><p><b>　　↓</b></p><p><b>　　↓</b>

42、</p><p>　　圖1.1 DYNAFORM軟件車門外板成形分析流程圖</p><p>　　2 板料成形有限元模擬的基本理論及方法</p><p>　　2.1 緒論 有限元法(Finite Element Method)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種有效的離散數(shù)值計(jì)算方法[10]。目前在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，從力學(xué)領(lǐng)域發(fā)展到電磁學(xué)、熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)和材料科

43、學(xué)等領(lǐng)域。板料塑性成形是利用金屬板料在固體狀態(tài)下的塑性，通過(guò)模具以及外力作用而制成零件的一種加工方法，與切削加工等方法相比，板料塑性成形不僅具有更高的生產(chǎn)效率，而且能獲得更高的材料利用率。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法越來(lái)越顯示出巨大的優(yōu)越性。為分析板材成形過(guò)程的成形缺限問(wèn)題提供了一種嶄新有效的方法。</p><p>　　2.2 板料成型有限元模擬的基本方法</p><p>　　數(shù)值模

44、擬方法是建立在塑性成形過(guò)程力學(xué)分析的基礎(chǔ)之上的。目前塑性成形的過(guò)程分析方法主要可分為兩大類：一類是近似的解析計(jì)算方法，其中包括主應(yīng)力法，滑移線法，界限法，功平衡法等。這類方法一般用來(lái)計(jì)算成形過(guò)程所需的力和能。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便易行并能得到問(wèn)題的解析解，但只適宜于簡(jiǎn)單的成形問(wèn)題。另一類數(shù)值成形方法，其中包括有限差分法，有限元法和邊界元法。這類方法能用于獲得金屬塑性成形過(guò)程中應(yīng)力、應(yīng)變、溫度分布和成形缺陷等的詳盡的數(shù)值解，能用于十分復(fù)雜的成形過(guò)程

45、。有限元法是目前進(jìn)行非線性分析的最強(qiáng)有力的工具，因此也已成為金屬塑性成型過(guò)程模擬的最流行的方法。</p><p>　　2.2.1 塑性材料基本假設(shè)</p><p>　　金屬塑性成形過(guò)程中，材料塑性變形的物理過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。為此必須做出一些假設(shè)，即把變形中某些過(guò)程理想化，以便于從數(shù)學(xué)上進(jìn)行處理。對(duì)剛塑性/剛粘塑性材料的基本假設(shè)如下;</p><p>　　(1)忽略變形材

46、料的彈性變形;</p><p>　　(2)材料均質(zhì)，各向同性;</p><p>　　(3)材料體積不變;</p><p>　　(4)不計(jì)體力和慣性力;</p><p>　　(5)材料的變形流動(dòng)服從Levy-Mises流動(dòng)法則。</p><p>　　2.2.2 板料成型的理論計(jì)算過(guò)程</p><p&g

47、t;　　汽車外門板成形工藝主要有翻邊沖壓，翻邊時(shí)的負(fù)載曲線可從保證板坯邊緣危險(xiǎn)段的變形速度恒定條件計(jì)算。過(guò)程可分成兩個(gè)階段：① 形成邊緣的圓柱段前；② 形成邊緣的圓柱段。這時(shí)假設(shè)，變形源不擴(kuò)展到板坯與凸模的接觸區(qū)內(nèi)，而在第一階段傳遞摩擦力區(qū)可保持原始板坯的型面。同樣假設(shè)，邊緣的母線長(zhǎng)度在整個(gè)過(guò)程期間為恒定。所采取的假設(shè)和在其基礎(chǔ)上形成的翻邊計(jì)算公式已被實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)。在理論分析的基礎(chǔ)上得出了下列關(guān)系式，它可確定變形速度v、應(yīng)變力E變速度

48、和凸模幾何參數(shù)的相互關(guān)系：</p><p><b>　　對(duì)第一階段:</b></p><p>　　………………………………2.1</p><p><b>　　對(duì)第二階段：</b></p><p>　　……………..2.2</p><p>　　式中 r— — 預(yù)孔半徑&

49、lt;/p><p><b>　　H— — 凸模行程</b></p><p>　　r—— 孔邊的流動(dòng)半徑</p><p><b>　　h=(v／)lnr</b></p><p>　　R —— 翻邊后的半徑</p><p>　　f —— 描述凸模母線函數(shù)的反函數(shù)</p>

50、<p>　　圖1所示為用不同形狀端頭的凸模翻孔時(shí)的負(fù)載曲線。對(duì)參數(shù)H和r解方程2.1和2.2后，當(dāng)應(yīng)變速度恒定時(shí)變形速度的恒定可通過(guò)優(yōu)化凸模端頭的形狀來(lái)達(dá)</p><p>　　到。圖2所示為對(duì)不同速度條件描述凸模最佳母線的函數(shù)。</p><p>　　圖2.1 用不同形狀端頭的凸模翻邊時(shí)的負(fù)載曲線圖</p><p>　　圖2.2 描述凸模最佳母線的函數(shù)&l

51、t;/p><p>　　3 有限元軟件dynaform綜述</p><p><b>　　3.1 基本簡(jiǎn)介</b></p><p>　　目前，板料成形分析CAE軟件很多，有美國(guó)最大的有限元分析軟件公司之一ANSYS公司開(kāi)發(fā)的ANSYS，能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，有瑞士聯(lián)邦工學(xué)院開(kāi)發(fā)，后來(lái)成立了AUTOFORM ENGINEERIN公

52、司開(kāi)發(fā)的AUTOFORM，它是一款采用靜態(tài)隱式算法求解及全拉格朗日理論的彈塑性有限元分析軟件，以及由我國(guó)吉林大學(xué)汽車覆蓋件成形技術(shù)研究所與吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心開(kāi)發(fā)的KMAS軟件，還有美國(guó)ETA公司和LSTC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的用于板材成形模擬仿真的專用軟件，選用DYNAFORM軟件對(duì)車門沖壓成形數(shù)值模擬，DYNAFORM對(duì)用戶的工程背景及理論知識(shí)要求并不高，具有界面友好和方便以及操作流程自動(dòng)的特點(diǎn)。</p><p&g

53、t;　　eta／DYNAF0RM軟件是由ETA公司研制的基于LS-DYNA的板金沖壓分析軟件包，它把LS—DYNA、LS—NIKE3D強(qiáng)大的分析能力與eta／FEMB的流程化前后處理功能結(jié)合起來(lái)。eta／DYNAFORM分析的求解器是LS—DYNA和LS—NIKE3D，這兩個(gè)程序是通用的、非線性的、動(dòng)態(tài)的有限元分析程序，利用顯式和隱式計(jì)算方法來(lái)解決結(jié)構(gòu)及流體等問(wèn)題，已經(jīng)成功地應(yīng)用于板金沖壓的數(shù)值模擬。DYNAFORM的主要功能包括分析拉

54、伸、成形、彎曲、翻邊、切邊等板料成形過(guò)程中的不同工序，也可以進(jìn)行多步成形(或多工序加工)分析。通過(guò)用戶已定義好的沖壓工藝及模具曲面形狀來(lái)預(yù)測(cè)成形狀態(tài)，其中包括減薄拉裂、起皺、回彈等各種問(wèn)題；同時(shí)可以對(duì)成形力、壓邊力、拉伸筋、模具磨損等各種工藝問(wèn)題進(jìn)行分析，以便優(yōu)化工藝和模具設(shè)計(jì)。DYNAFORM的核心技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：①動(dòng)力顯式積分算法；②板殼有限元理論的研究；③本構(gòu)理論和屈服準(zhǔn)則(材料模型)；④接觸判斷算法和網(wǎng)格細(xì)化自適應(yīng)技術(shù)；⑤

55、多工步成形模擬技術(shù)；⑥ CAD／CAM軟件和成形過(guò)程模擬CAE軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)；⑦ 建立有限元模型的若干技巧；⑧ 板材沖壓</p><p>　　3.1.1 DYNAFORM前處理 </p><p>　　DYNAFORM具有功能豐富的前處理功能。首先，它具有強(qiáng)大的圖形文件導(dǎo)入功能，能夠方便而無(wú)數(shù)據(jù)丟失地讀入IGES格式文件以及UG，PRO/E，CATIA等主流CAD軟件的圖形文件，同時(shí)

56、用戶也可以在DYNAFORM中很方便地創(chuàng)建點(diǎn)，線，面等幾何模型。做到從導(dǎo)入幾何模型開(kāi)始到計(jì)算結(jié)果的獲得，無(wú)須用戶再借助其他工具就可以方便地完成。其次，DYNAFORM具有強(qiáng)大的網(wǎng)格自動(dòng)剖分功能。它不但可以得到高精度的工具網(wǎng)格，也可以產(chǎn)生出用戶所需的四邊形網(wǎng)格和三角形網(wǎng)格。用戶只需要輸入簡(jiǎn)單的控制參數(shù)就可以快速地獲得復(fù)雜幾何曲面網(wǎng)格，并且得到的網(wǎng)格質(zhì)量非常高，使用戶無(wú)須花費(fèi)更多的時(shí)間對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行再修復(fù)，節(jié)省了大量的時(shí)間。再次，DYNAFOR

57、M中的最具需要導(dǎo)入產(chǎn)品曲面，DFE模塊可以完成網(wǎng)格剖分，網(wǎng)格邊界自動(dòng)光順，對(duì)稱的定義，法蘭的展開(kāi)，沖壓方向的調(diào)整，內(nèi)部孔洞的自動(dòng)補(bǔ)充，各種復(fù)雜壓料面的產(chǎn)生，壓料面的裁剪，各種工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)，拉延筋的設(shè)計(jì)和網(wǎng)格劃分，載荷曲線的定義，模具的定位等一系列功能。方便用戶在得到分析結(jié)果后對(duì)產(chǎn)品零件進(jìn)行反復(fù)修改的操作過(guò)程。最后，DYNAFORM中的BSE模塊，可以幫用戶快速地設(shè)計(jì)出坯</p><p>　　3.1.2 DYN

58、AFORM求解器</p><p>　　DYNAFORM的求解器采用了業(yè)界非常著名的非線性動(dòng)力顯示有限元分析軟件LS-DYNA。LS-DYNA是采用顯隱結(jié)合的算法進(jìn)行板料成形模擬的最具有代表性的軟件。它采用動(dòng)力顯示求解器模擬沖壓成形過(guò)程，計(jì)算效率高，穩(wěn)定性強(qiáng)。同時(shí)LS-DYNA近幾年來(lái)加強(qiáng)了隱式算法的開(kāi)發(fā)，并且實(shí)現(xiàn)了顯，隱式無(wú)縫集成的功能，在完成沖壓分析后，自動(dòng)切換到隱式求解器進(jìn)行回彈分析。在回彈分析過(guò)程中，可以采

59、用大的時(shí)間步長(zhǎng)，提高回彈的計(jì)算效率。LS-DYNA包括豐富的材料模型和單元模型，用戶可以根據(jù)實(shí)際沖壓的材料選擇合適的材料模型和單元類型。此外，LS-DYNA的接觸分析功能強(qiáng)大，現(xiàn)在具有40多種接觸類型可以求解下列接觸：變形體對(duì)剛體的接觸，變形體對(duì)變形體的接觸，變形體對(duì)剛體的接觸，剛體對(duì)剛體的接觸，板殼結(jié)構(gòu)的單面接觸，與剛性墻接觸、變形體對(duì)剛體的接觸、剛體對(duì)剛體的接觸、板殼結(jié)構(gòu)的單面接觸等。因此，借助LS-DYNA強(qiáng)大的求解能力，顯式加載

60、隱式卸載等。LS-DYNA是目前業(yè)界公認(rèn)的板料成形模擬結(jié)果準(zhǔn)確性最好的軟件之一[13]。</p><p>　　3.1.3 DYNAFORM的后處理</p><p>　　ETA-POST是ETA公司開(kāi)發(fā)的一款專門爭(zhēng)對(duì)DYNAFORM的后處理軟件。它可以方便用戶直觀地得到求解結(jié)果。用戶可以用云圖顯示板料變形后的應(yīng)力、應(yīng)變信息，材料的厚度分布信息等。用戶可以通過(guò)定義任意截面，得到截面上的各種結(jié)果

61、信息。在ETA-POST中新增加的GRAP模塊，使用戶可以利用曲線圖表功能顯示拉深過(guò)程中各種參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線，如界面力的變化、拉延筋阻力的的變化、拉深力曲線等。</p><p>　　4 汽車門外板的坯料展開(kāi)仿真過(guò)程設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 車門外板的結(jié)構(gòu)及加工工藝簡(jiǎn)介</p><p>　　車門外板是一種平坦的淺拉伸件，材料一般為08AI或合金鋼材，料

62、厚不超過(guò)1mm的板材，要求外表面光順平滑，棱線清晰，周邊尺寸精度為0.7mm，剛性好。產(chǎn)品輪廓圖如圖4.1，由于零件成形時(shí)凸模表面與毛坯以大平面接觸，由于平面上的拉應(yīng)力很低。材料得不到充分的塑性變形，這對(duì)增強(qiáng)零件的剛性不利。在產(chǎn)品a處，為車外觀造型而設(shè)置的裝飾線容易使零件表面邊緣在成形過(guò)程中產(chǎn)生表面不平。在產(chǎn)品b處，由于內(nèi)緣翻邊較高(H=20mm)，如果不采取措施而直接翻邊成形，該處零件表面易出現(xiàn)不平；在門扣手C處。由于深度及形狀是決定

63、其周圍表面質(zhì)量的主要因素，且此處在成形過(guò)程中材料的變形屬于脹形，如果外界材料的補(bǔ) </p><p>　　圖4.1 車門外輪廓圖</p><p>　　充不充分，則零件表面易在此處破裂。在臨近窗口的下部a處，加反拉伸的凹坑，可以吸收多余的材料，有利于制件表面松馳現(xiàn)象的消除。在零件的下部?jī)?nèi)緣翻邊處,若拉伸時(shí)材料未充分變形，翻邊后會(huì)出現(xiàn)零件表面不平。</p><p>　　

64、綜上所述，汽車外車門成形工藝研究主要是翻邊，翻邊是利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成豎邊的沖壓工藝，翻邊工藝可加工形狀較為復(fù)雜且有良好剛體的立體制件，還能在沖壓件上制取與其他零件裝配的部位（如螺紋孔和軸承孔等）.翻邊可以替代某些復(fù)雜零件的拉深工序，改善材料塑性流動(dòng)以免發(fā)生破裂或起皺。用翻邊代替“先拉深后切底”的方法制取無(wú)底零件，可減少加工次數(shù)，并節(jié)省材料。孔翻邊的工藝參數(shù)，翻邊底孔的粗糙度直接影響工件質(zhì)量，如孔邊有毛刺存在，就會(huì)導(dǎo)致翻口的

65、破裂。因此，沖壓的方向直接影響翻邊的工藝性。</p><p>　　車門外板在沖壓翻邊過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題，這將直接影響產(chǎn)品的成型性能，對(duì)其翻邊工藝進(jìn)行成型工藝仿真主要是模擬產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中可能發(fā)生的問(wèn)題，通過(guò)仿真試驗(yàn)改進(jìn)生產(chǎn)工藝和模具從而有效的避免不當(dāng)設(shè)計(jì)的發(fā)生，試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容是根據(jù)成型工件在DYNAFORM軟件中成形極限云圖和厚度變化圖以及應(yīng)力分布情況來(lái)檢測(cè)車門的外觀造型，材料選擇和成形參數(shù)是否合理。然后

66、確定坯料尺寸。</p><p>　　4.2 研究的具體方法</p><p>　　4.2.1 建立汽車外門板的幾何模型</p><p>　　根據(jù)車門的總體尺寸用三維軟件PRO/E繪制汽車車門外板的模型，車門靠近輪胎部位的沖壓翻邊深度為20mm如圖a部位,車窗及拉手部位如圖b部位的沖壓翻邊深度為5mm,翻邊的方向相同,模型如圖4.2 所示：</p><

67、;p>　　圖4.2車門外板模型</p><p>　　模型繪制完畢后并轉(zhuǎn)換為曲面IGES格式保存,設(shè)置文件名為CHEMEN_MODELL.iges</p><p>　　4.2.2 導(dǎo)入DYNAFORM軟件</p><p>　　在DYNAFORM軟件中打開(kāi)坯料工程模塊導(dǎo)入CHEMEN_MODELL.iges文件, 該文件自動(dòng)識(shí)別為當(dāng)前層,打開(kāi)的界面如圖4.3所示

68、，車門翻邊的a部位自動(dòng)初步劃分網(wǎng)格，保存數(shù)據(jù)到指定的工作目錄.選擇文件另存為,輸入CHEMEN_MODELL.df后,保存并退出對(duì)話框。</p><p>　　圖 4.3 IGES格式文件導(dǎo)入后的當(dāng)前界面</p><p>　　4.2.3 編輯數(shù)據(jù)庫(kù)中的零件層</p><p>　　在DYNAFORM中,所給的零件名稱是任意的,為了方便識(shí)別設(shè)置修改當(dāng)前的零件層名稱為B

69、LANK ，保存編輯后的零件層，具體方法如圖 4.4所示： </p><p>　　圖4.4 編輯修改零件層名稱</p><p>　　4.2.4 網(wǎng)格劃分</p><p>　　網(wǎng)格劃分的好壞對(duì)模擬的精確和計(jì)算時(shí)間有一定的影響.一般來(lái)說(shuō),在彎曲變形較大的部位劃分的密一些.在變形較小的部位網(wǎng)格劃分比較稀疏一些.由車門的翻邊部位彎曲程度為90度直角，為了較好

70、地反映數(shù)據(jù)變化情況，設(shè)置尺寸參數(shù)為20,曲面邊界裂縫為5，網(wǎng)格劃分的具體界面與如圖4.5：</p><p>　　圖4.5 車門網(wǎng)格化參數(shù)的設(shè)定</p><p>　　對(duì)工件進(jìn)行網(wǎng)格化后查看網(wǎng)格品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果，記下單元和品質(zhì)信息，該產(chǎn)品模型的總單元號(hào)為2480個(gè)，失敗的單元個(gè)數(shù)為217個(gè)，失敗單元比例為8.7%，產(chǎn)品的失敗單元號(hào)少于10%可以進(jìn)行模擬仿真分析，如圖4.6</p>&

71、lt;p>　　圖4.6 網(wǎng)格品質(zhì)結(jié)果檢驗(yàn)信息</p><p>　　4.2.5 網(wǎng)格檢查</p><p>　　為了防止網(wǎng)格中存在一些潛在的，影響模擬的缺陷，需要檢驗(yàn)網(wǎng)格的質(zhì)量，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括單元翹曲角檢查,模型邊界顯示,自動(dòng)一致平面法向，設(shè)置單元翹曲角檢查標(biāo)準(zhǔn)為3.0度，模型邊界顯示功能檢查網(wǎng)格上的間隙，空洞，退化的單元，然后以高亮的邊界顯示完畢后保存數(shù)據(jù)，具體檢驗(yàn)的項(xiàng)目如圖4.7.&l

72、t;/p><p>　　圖4.7 網(wǎng)格邊界檢查界面</p><p>　　4.2.6 MSTEP模塊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　打開(kāi)MSTEP模塊，并選擇sheet鍵進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)加載材料，在沒(méi)有定義前a所指的線條為紅色，加載后為綠色，如圖4.8所示：</p><p>　　圖4.8MSTEP模塊界面</p><p>

73、;　　分別選擇材料厚度為0.8mm和1mm的36#合金板料，由36#材料考慮了材料的各向異性，在回彈過(guò)程中一般不會(huì)出現(xiàn)收斂的問(wèn)題，導(dǎo)入U(xiǎn)S標(biāo)準(zhǔn)的材料類型為36#型號(hào)為AA009、厚度為0.8mm的板料，其性能參數(shù)如圖4.9:</p><p>　　圖4.9 AA009材料性能參數(shù)</p><p>　　再導(dǎo)入U(xiǎn)S標(biāo)準(zhǔn)材料類型為36#厚度為1mm的DQSK型號(hào)材料鋼材性能參數(shù)：</p&g

74、t;<p>　　圖4.10 DQSK材料性能參數(shù)</p><p>　　完成材料定義后保存并啟動(dòng)MSTEP求解器進(jìn)行求解運(yùn)算.獲得坯料的展開(kāi)輪廓圖及外形尺寸如圖4.11所示為車門的坯料展開(kāi)圖： </p><p>　　圖4.11 坯料展開(kāi)輪廓圖</p><p>　　在板料成形過(guò)程中

75、，影響沖壓成形結(jié)果的因素很多，包括模具的形狀和結(jié)構(gòu)、拉延筋參數(shù)、板坯的大小、厚度及材料流動(dòng)、壓邊力、摩擦和潤(rùn)滑等情況。其中毛坯初始形狀對(duì)沖壓成形結(jié)果有很大的影響，當(dāng)毛坯初始形狀不合適時(shí)，沖壓件很容易產(chǎn)生破裂和起皺等缺陷，甚至根本不能成形。而在有些情況下，當(dāng)其他沖壓條件比較適合時(shí)，通過(guò)改善毛坯的初始形狀就有可能使原本失敗的沖壓件獲得成功。所以在板料沖壓成形中，如何確定合理的毛坯外形就顯得非常重壓，合理的毛坯外形不僅可以節(jié)省材料，防止沖壓拉

76、伸在成形時(shí)開(kāi)裂、起皺等缺陷，還可以獲得均勻的板厚，并且有助于減少拉深時(shí)所需的沖壓力，從而減少模具的磨損。通過(guò)計(jì)算的坯料尺寸，有效的指導(dǎo)生產(chǎn)。</p><p>　　4.2.7 啟動(dòng)后處理</p><p>　　點(diǎn)擊DYNAFORM的后處理鍵，打開(kāi)CHEMEN_MODEL.mstep文件，界面出現(xiàn)如圖4.12產(chǎn)品模型，檢查模型后，設(shè)置相應(yīng)的顏色和大小并保存文件。</p><p

77、>　　圖4. 12產(chǎn)品模型</p><p>　　4.2.8 成型極限圖（FLD）分析</p><p>　　打開(kāi)FLD功能鍵對(duì)所得的圖標(biāo)進(jìn)行分析，從圖中可以看到車門模型上顏色的變化情況，根據(jù)顏色的變化，模擬檢驗(yàn)坯料生成成品時(shí)可能出現(xiàn)的起皺和破裂情況，從圖4.14中可以看到材料為AA009厚度為0.8mm的板材在成形后節(jié)點(diǎn)幾乎全部集中在安全區(qū)，只有少量在起皺趨勢(shì)區(qū)(a部分)，并且不影響產(chǎn)

78、品的外觀造型，沒(méi)有節(jié)點(diǎn)處于破裂區(qū)和破裂危險(xiǎn)區(qū)。所以這種情況能夠比較好適用于批量生產(chǎn)。而選擇材料為DQSK厚度為1.0mm的板材后,成形極限圖如圖4.13所示,在a部分有明顯的起皺現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的外觀造型，不宜于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。</p><p>　　圖4.13 DQSK材料厚度為1.mm的FLD圖</p><p>　　圖4.14 AA009材料厚度為0.8mm的FLD圖</p>

79、<p>　　FLD圖中顏色變化自上而下的顏色變化為紅、黃、綠、藍(lán)、粉紅，其顯示色系的意義如下：</p><p>　　1)紅色區(qū)— — 破裂</p><p>　　2)黃色區(qū)—— 有破裂危險(xiǎn)的區(qū)域。</p><p>　　3)綠色區(qū)一一正常變形過(guò)程．屬安全變形。</p><p>　　4)藍(lán)色區(qū)—— 拉壓變形區(qū) 安全變形。</p&

80、gt;<p>　　5)粉紅色區(qū)—— 起皺區(qū)。</p><p>　　圖4.15 AA009材料厚度為0.8mmFLD放大圖</p><p>　　對(duì)成形極限圖的分析，相鄰兩色之間的區(qū)域在圖中表示臨界區(qū)對(duì)應(yīng)的曲線則表示臨界曲線。成形極限圖可以有效的預(yù)見(jiàn)工藝規(guī)程的危險(xiǎn)性：如果板料單元實(shí)際變形落于臨界區(qū)．則說(shuō)明很危險(xiǎn)廢品率較高， 如果實(shí)際應(yīng)變值落在臨界曲線上．說(shuō)明有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)應(yīng)對(duì)各條件

81、須嚴(yán)格控制；而如果落在遠(yuǎn)離臨界曲線的地方，則說(shuō)明過(guò)分安全，還有變形潛力。由圖4.15最終變形的FLD圖可知，板料單元進(jìn)行沖壓成形時(shí)，其大多數(shù)變形區(qū)落在安全區(qū)內(nèi)，向上仍有繼續(xù)進(jìn)行拉深變形的潛力，少部分單元有發(fā)生起皺的趨勢(shì)。結(jié)合產(chǎn)品模型，起皺趨勢(shì)區(qū)的部位不影響產(chǎn)品的成形質(zhì)量。</p><p>　　4.2.9 厚度變化圖</p><p>　　材料為AA009的成形工件的厚度變化如圖4.17，基本

82、可以看出產(chǎn)品的成形結(jié)果。板料在拉伸過(guò)程中有局部增厚和減薄現(xiàn)象，圖中拉伸最薄點(diǎn)，圖示是a區(qū)最終厚度為0．74611mm，拉伸最厚點(diǎn)，圖示的b區(qū)，最終厚度為0.811796mm。圖中拉伸過(guò)程厚度曲線圖，基本符合汽車覆蓋件的沖壓要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，把棱角部分改得圓滑一點(diǎn)即可得到合格的拉沖壓件。一般認(rèn)為在成形部分增厚不超過(guò)10%,減薄不超過(guò)30%，都可以接受，在厚度變化圖中，無(wú)論是增厚率還是變薄率都沒(méi)有超過(guò)要求。材料為DQSK的成形工件的厚度變

83、化如圖4.16,在a所示的部位有明顯的起皺現(xiàn)象啊,而且在b部位有拉破的危險(xiǎn),最終厚度為0.932637mm,減薄超過(guò)30%，不適合投入設(shè)計(jì)生產(chǎn).</p><p>　　圖 4.16 DQSK材料車門外板的厚度分布</p><p>　　圖 4.17 AA009材料車門外板的厚度分布</p><p>　　圖4.18 AA009材料車門的第一主應(yīng)變圖</p>

84、<p>　　圖4.19 AA009材料車門的應(yīng)力分布情況</p><p>　　從圖18中的b部分所示為第一應(yīng)變最大的區(qū)域，但都在材料容許的范圍內(nèi)，不影響成形結(jié)果。圖中a所示的區(qū)域應(yīng)變力最大，在厚薄圖中這幾處也是變化最劇烈的地方，所以從厚度圖中分析的結(jié)果看，還是比較符合的。</p><p>　　4.2.10 產(chǎn)品排樣</p><p>　　關(guān)閉后處理界面，選

85、擇BSE模塊的BSE Development對(duì)話框，輸入設(shè)置生產(chǎn)量為100件，材料價(jià)格為0.8美元/KG，板材的厚度為0.8mm材料類型為AA009,排樣如圖20。</p><p>　　圖4.20 排樣輸出</p><p>　　AA009和DQSK材料輸出報(bào)告表：</p><p>　　從產(chǎn)品的排樣報(bào)告中可以得生產(chǎn)100件成品如果選擇厚度為0.8mm的AA009的型號(hào)

86、材料，其生產(chǎn)成本明顯低于選擇厚度為1mm的DQSK材料，可以使單件的價(jià)格低到3.737美元/件，生產(chǎn)過(guò)程中所使用的最小沖裁力為36.797ton,能夠降低沖壓設(shè)備的噸位，有效的降低模具和設(shè)備的磨損，并且經(jīng)過(guò)對(duì)模型的FLD圖、厚度變化圖、應(yīng)力變化圖分析，0.8mm厚的AA009材料在沖壓翻邊成形過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)破裂和明顯的起皺現(xiàn)象，材料的利用也比較率較高，適合于批量投入生產(chǎn)生產(chǎn)。</p><p>　　4.2.11 車

87、門的動(dòng)畫(huà)仿真過(guò)程（見(jiàn)視頻文件）</p><p>　　圖4.21 沖壓示意圖</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　針對(duì)車門外板的造型特點(diǎn)和材料的性質(zhì)。并通過(guò)DYNAFORM軟件對(duì)坯料進(jìn)行模擬分析得出以下結(jié)論：</p><p>　　1.利用DYNAFORM的坯料工程模塊能夠較準(zhǔn)確的計(jì)算出產(chǎn)品的毛

88、坯,并且選擇的AA009型號(hào)材料塑性比DQSK型號(hào)材料好,適合于車門外板的沖壓成形.</p><p>　　2. 選擇0.8mm厚度 AA009型號(hào)材料的板材在沖壓過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)破裂和起皺等缺陷,比1.0mm厚度的DQSK型號(hào)材料具有更低的生產(chǎn)成本(成本低到3.737美元/件),更小的沖裁力(最小沖裁力為36.797ton)等優(yōu)點(diǎn). </p><p>　　3、 采用DYNAFORM軟件進(jìn)行車

89、門的成形仿真，可以準(zhǔn)確得產(chǎn)品的毛坯數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品在成形過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷,估算產(chǎn)品的造價(jià)等,從而有效的指導(dǎo)模具的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的生產(chǎn),能夠有效的降低生產(chǎn)成本,提升競(jìng)爭(zhēng)力.</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1.]Dynaform 軟件使用教程.http://www.dynaform.com</p><p>　　

90、[2.]高廣軍 趙 強(qiáng) Dynaform數(shù)值模擬技術(shù)在沖壓成形中的應(yīng)用研究. 模具制造[J].2003，NO.5總第22期</p><p>　　[3.]王 鍵 汽車覆蓋件沖壓模具仿真設(shè)計(jì). 模具工業(yè)[J] .2005.NO.10.總296</p><p>　　[4.]簫天 基于Dynaform的汽車覆蓋件拉延件設(shè)計(jì) 2006 江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)報(bào)[J]</p>

91、<p>　　[5.]曹銀鋒 鄭 軍 李光耀 鐘志華 薄板沖壓成形過(guò)程的并行有限元仿真技術(shù) 機(jī)械工程學(xué)報(bào)[J] 第39卷第7期 2003年7月</p><p>　　[6.]焦學(xué)鍵 汽車覆蓋件成形過(guò)程仿真 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程[J] 2005年第1期（總第170期）</p><p>　　[7.]代洪慶 劉曉晶 劉江淘 汽車覆蓋件沖壓成型的計(jì)算機(jī)仿真 制造業(yè)

92、消息化 [J]機(jī)械工程師 2006年第5期</p><p>　　[8.]苗紅順 王高潮 李寧 Dynaform與汽車覆蓋件拉深成型仿真（CAE） 專題報(bào)道 維普資訊</p><p>　　[9.]何向明 車門外板覆蓋件成型工藝研究 模具工業(yè)[J] 2003.NO.6總268 </p><p>　　[10.]李碩本. 沖壓工藝學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)

93、出版社，1982</p><p>　　[11.]陳憫 汽車覆蓋件沖壓成形簡(jiǎn)析 [J] 2001年第2期（總第15期）</p><p>　　[12.]機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓學(xué)會(huì). 鍛壓詞典[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1989</p><p>　　[13] 陳文亮 板料成形 CAE 分析教程[ M ]機(jī)械工業(yè)出版社. 2005（6）</p>&

94、lt;p>　　[14] 雷玉成 汪建敏 賈志宏 金屬材料成形原理 [M] 化學(xué)工業(yè)出版社 2006.05</p><p>　　[15] 趙春章，王宏春，周京艷等.PRO/ENGINEER機(jī)械零件設(shè)計(jì)教程[M].海澤出版社，2004.08 </p><p>　　[16] 王夢(mèng)寒. 鐵路貨車轉(zhuǎn)向架支撐座鑄改鍛工藝研究[D]. 重慶大學(xué)博士學(xué)位論文. 2005,5,29</

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96、 Technology Belling. 2003,10. 59</p><p>　　[19] 柳玉起. 計(jì)算機(jī)模擬在金屬成形行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 鍛造與沖壓. 2005,6. 22</p><p>　　[20] 馬森林. 熱鍛模具選材與制造工探討[J]. 汽車工藝與材料. 2005，4. 23-25</p><p><b>　　謝辭</b&

97、gt;</p><p>　　經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)，我基本完成了畢業(yè)論文——汽車外門板翻邊成型過(guò)程仿真與坯料設(shè)計(jì)。由于本人的學(xué)識(shí)有限，難免在撰寫(xiě)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。</p><p>　　伴隨著論文的完成，我在武漢工業(yè)學(xué)院的本科學(xué)習(xí)也將結(jié)束，在此感謝關(guān)心教育我的所以老師，特別是在設(shè)計(jì)過(guò)程中我得到談芬芳老師和宛農(nóng)博士的細(xì)心指導(dǎo)和熱情幫助，給予了我很多啟發(fā)和引導(dǎo)，調(diào)動(dòng)了我的主動(dòng)性、積

98、極性和創(chuàng)造性，從論文的選題、實(shí)習(xí)到具體的課題設(shè)計(jì)、論文寫(xiě)作過(guò)程，都始終悉心指導(dǎo)，傾注了大量心血，并且還為我的畢業(yè)論文提出要求、指明方向，在此謹(jǐn)表示我衷心的感謝，同時(shí)談老師為人隨和，知識(shí)淵博、悔人不倦，給我留下了深刻的印象，是我學(xué)習(xí)的榜樣。同時(shí)我還要感謝在實(shí)習(xí)期間給予我們指導(dǎo)的中原電子集團(tuán)有限公司王高工和天門泵業(yè)有限公司的王師傅以及那些幫助我的同學(xué)和朋友。</p><p>　　在這個(gè)課題中，我學(xué)習(xí)使用了工程分析軟件