AUTOFORM分析拉延成型

1、常見缺陷及解決辦法1.拉延開裂開裂是拉延工序中最為常見的缺陷之一，其表現(xiàn)為出現(xiàn)破裂或裂紋，產(chǎn)品部分如果出現(xiàn)破裂或者裂紋將被視為不合格產(chǎn)品，所以必須予以解決。產(chǎn)生開裂的原因大致有：(1)產(chǎn)品工藝性不好，如R角過小、型面變化劇烈、產(chǎn)品深度較深以及材質(zhì)成形性能差等。(2)工藝補(bǔ)充、壓邊圈的設(shè)計(jì)不合理。(3)拉延筋設(shè)計(jì)不合理，不能很好的控制材料流動(dòng)。(4)壓邊力過大。模具型面表面粗糙度達(dá)不到要求，摩擦阻力大。-W(6)模具加工精度差，凸凹模間隙小，板料流動(dòng)性差。目前，主要通過改善產(chǎn)品工藝性、設(shè)計(jì)合理的坯料形狀、增加刺破刀、加大R角、合理設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充及壓料面、調(diào)整拉延筋阻力及壓邊力和模面鏡面處理等方式來

2、解決拉延開裂問題。2.起皺起皺是拉延工序中另一個(gè)常見的缺陷，也是很難解決的板件缺陷。板件發(fā)生起皺時(shí)，會(huì)影響到模具的壽命以及板件的焊接，板件發(fā)生疊料時(shí)還會(huì)使模具不能壓合到底，從而成形不出設(shè)計(jì)的產(chǎn)品形狀，同時(shí)，由于疊料部位不能進(jìn)行防銹處理，容易導(dǎo)致板件生銹而影響到板件的使用壽命，給整車安全造成隱患。目前主要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)上來解決起皺問題，歸納起來有以下幾點(diǎn)：(1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免型面高低落差大、型面截面大小變化劇烈，在不影響板件裝配的情況下，在有可能起皺的部位加吸皺包。(2)工藝上可以考慮增加整形工序。(3)分模線調(diào)整。隨著分模線的調(diào)整，往往會(huì)伴隨著開裂缺陷的產(chǎn)生，目前主要通過使用CAE軟

3、件來分析確定合理的分模線位置。(4)在工藝補(bǔ)充面上增加吸料筋、工藝臺(tái)階等，將多余的料消化掉。(5)合理設(shè)計(jì)拉延筋，以確保各個(gè)方向進(jìn)料均勻?yàn)槟繕?biāo)。(6)當(dāng)開裂與起皺同時(shí)存在，且起皺不被允許時(shí)，一般先解決起皺再解決開裂。AutoForm模擬分析算法AutoForm模擬分析算法主要有兩種：隱式算法和一步成形法。靜態(tài)隱式算法是解決金屬成形問題的一種方法。在靜態(tài)隱式算法中，在每一增量步內(nèi)都需要對(duì)靜態(tài)平衡方程迭代求解。理論上在這個(gè)算法中的增量步可以很大，但是實(shí)際運(yùn)算中要受到接觸以及摩擦等條件的限制。隨著單元數(shù)目的增加，計(jì)算時(shí)間幾乎呈幾何級(jí)數(shù)增加。由于需要矩陣求逆以及精確積分，對(duì)內(nèi)存要求很高。隱式算法的不利

4、方面還有收斂問題不容易得到解決以及當(dāng)開始起皺失穩(wěn)時(shí)，在分叉點(diǎn)處剛度矩陣出現(xiàn)奇異等。其中靜態(tài)隱式算法多配合動(dòng)態(tài)顯式算法用于求解成形后的回彈分析。2. 一步成形法一步法有限元方程利用虛功原理導(dǎo)出，其基本思想是采用反向模擬。將模擬計(jì)算按照與實(shí)際成形相反的順序，從所期望的成形后的工件形狀通過計(jì)算得出與此相對(duì)應(yīng)的毛坯形狀和有關(guān)工藝參數(shù)。板材成形過程的變形決定其有利于進(jìn)行方向模擬。在沖壓成形過程中，成形后的工件為一空間曲面，而板料毛坯為一平板。以板平面為X-丫坐標(biāo)平面，整個(gè)成形過程中各質(zhì)點(diǎn)的Z向位移是確定的。采用有限元計(jì)算求解時(shí)，節(jié)點(diǎn)未知量僅為X和丫方向的位移。板料成形的方向模擬多采用近似方法，假設(shè)變形過

5、程為簡單加載過程，用塑性變形的理論進(jìn)行模擬分析。在分析的過程中以利用工件形狀進(jìn)行計(jì)算，用簡化的方法避免了非常麻煩的接觸處理。一步法方向模擬要求輸入的數(shù)據(jù)少，因此可以在概念及初期設(shè)計(jì)階段就投入使用，可以預(yù)測毛坯形狀，整個(gè)計(jì)算可以很快地求解出結(jié)果，因此可以反復(fù)調(diào)整參數(shù)進(jìn)行計(jì)算模擬，對(duì)毛坯形狀、壓邊力和拉延筋等進(jìn)行優(yōu)化。3. AutoForm分析流程分析一個(gè)CAD模型的一般步4K是：導(dǎo)入CAD模型（軟件自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分）、網(wǎng)格檢查及空洞填充、確定基準(zhǔn)模具、料厚及沖壓方式、工具設(shè)定、坯料尺寸確定及網(wǎng)格自動(dòng)劃分、材料選擇、拉延筋布置、工藝參數(shù)設(shè)置和分析計(jì)算等。轎車翼子板模擬流程分析1 .導(dǎo)入CAD模型由

6、于AutoForm曲面處理功能的局限性，對(duì)一些曲面問題很難解決，所以有必要在三維CAD軟件NX里對(duì)工藝數(shù)模進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)面交叉、面重疊等曲面問題，同時(shí)須提取B曲面，保證工藝數(shù)模在導(dǎo)入AutoForm時(shí)不出現(xiàn)面丟失、面交叉等缺陷（見圖1）。圖1?導(dǎo)入CAD模型2 .網(wǎng)格檢查及空洞填充工藝數(shù)模導(dǎo)入之后，AutoForm會(huì)自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，可以通過顯示網(wǎng)格邊界的方式檢查網(wǎng)格質(zhì)量，對(duì)于平坦的空洞可以通過自動(dòng)填充來解決，如果對(duì)填充的效果不滿意，可以通過改變參數(shù)maxsize值來解決問題，對(duì)于邊界復(fù)雜的空洞,AutoForm填充不能得到理想結(jié)果時(shí)，需要在NX軟件中對(duì)數(shù)模空洞進(jìn)行填充。3 .確定分析類型

7、、模具基準(zhǔn)、料厚及沖壓方式(1) AutoForm提供了增量法與一步法兩種求解方式，對(duì)于成形性分析選用incremental增量法能得到更加精確的結(jié)果。(2)根據(jù)客戶要求，該件生產(chǎn)時(shí)所在沖壓線首臺(tái)設(shè)備為雙動(dòng)機(jī)床，所以本文選擇雙動(dòng)拉延方式。(3)根據(jù)客戶要求，設(shè)定料厚為0.8mm。(4)根據(jù)產(chǎn)品數(shù)模給定的料厚基準(zhǔn)，選擇凹模為幾何偏置基準(zhǔn)。4 .工具設(shè)定對(duì)于拉延分析而言，需設(shè)定凹模、凸模和壓邊圈三個(gè)工具，其中凹模處于坯料的下面，凸模、壓邊圈處于坯料的上部，各工具的工作方向均為工具指向坯料的方向，軟件,默認(rèn)Z軸的負(fù)方向?yàn)闆_壓方向，工具的工作方向與沖壓方向相同時(shí)為正值，相反時(shí)為負(fù)值，如凹模工作方向?yàn)榘?/p>

8、模指向坯料的方向，即為Z軸負(fù)方向，因此凹模工作方向?yàn)檎怠Ｍ鼓Ｅc壓邊圈由凹模網(wǎng)格偏置得到，工作方向?yàn)樨?fù)值。5 .坯料尺寸、材質(zhì)確定及網(wǎng)格自動(dòng)劃分AutoForm提供了5種不同的方式來設(shè)定坯料的大小：通過畫線的方式來得到坯料線輪廓；輸入IGS格式的坯料文件；通過中心坐標(biāo)、長和寬的方式輸入坯料尺寸；通過復(fù)制現(xiàn)有模型中的線來作為坯料線；通過對(duì)模型中的線進(jìn)行拓展而得到的線作為坯料線(見圖2)。圖2?坯料尺寸確定本次分析所采用的坯料線是由NX軟件設(shè)計(jì)的，通過IGS的方式導(dǎo)入到模型中，材料為特深沖用熱鍍鋅鋼板DC54D+Z,該材料耐腐蝕能力強(qiáng)、有良好的力學(xué)性能、加工性和焊接性，屈服強(qiáng)度為140220MPa

9、,抗拉強(qiáng)度為270350MPa,n值不小于0.18,r值不小于1.6,斷后延長率不小于36%。AutoForm提供了較為完善的材料庫，包括中國、日本、歐洲以及美國等常用鋼板材料，用戶可以新建或者修改現(xiàn)有材料庫參數(shù)，并且可以通過設(shè)置rollangle參數(shù)來設(shè)置板料的軋制方向。6 .拉延筋布置在沖壓成形中，為了限制板料的流動(dòng)，需要設(shè)置各種形狀的拉延筋。AutoForm中不需要建立實(shí)際的拉延筋有限元模型,而是采用一些曲線來模擬拉延筋行為，當(dāng)板料流過時(shí)，施加拉延筋阻力(見圖3)。凸慘上找法防I學(xué)上心出需圖3?等效拉延筋采用這種等效拉延筋后，在分析時(shí)可以很方便的調(diào)整拉延筋阻力，節(jié)省分析時(shí)間，分析成功之后

10、再根據(jù)相應(yīng)的拉延筋阻力系數(shù)來設(shè)計(jì)真實(shí)拉延筋幾何形狀。7 .工藝參數(shù)設(shè)置這一步主要是對(duì)摩擦系數(shù)、壓邊力以及沖壓速度等工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)槔臃治鰹榈湫偷墓に嚪治?，AutoForm有專門針對(duì)拉延分析的模版，所以只需要修改一些工藝參數(shù)即可，在輸出結(jié)果的界面選擇默認(rèn)輸出結(jié)果即可，由于采用虛擬拉延筋分析，默認(rèn)的板料網(wǎng)格大小以及時(shí)間步長大小都可以滿足正常分析的需要。8 .分析計(jì)算以上步驟完成以后，可以用動(dòng)畫的形式檢查一下工具的運(yùn)動(dòng)情況，如果沒有問題就可以提交計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果文件都保存在*.sim文件中，在計(jì)算的過程中隨時(shí)可以查看計(jì)算結(jié)果。9 .CAE結(jié)果判斷計(jì)算完成之后，就可以用后處理打開結(jié)果文件，對(duì)計(jì)

11、算結(jié)果進(jìn)行分析、判定。(1)料厚減薄評(píng)價(jià)。判斷準(zhǔn)則：單向拉伸區(qū)域，減薄超過極限料厚一律視為破裂；單向拉伸區(qū)域和雙向拉伸區(qū)域，減薄超過30%一律視為破裂；雙向拉伸區(qū)域，減薄在極限料厚和30%之間，查看FLD指示。對(duì)于外覆蓋件，需同時(shí)評(píng)價(jià)最大變薄及最小變薄，將料厚減薄云圖的刻度設(shè)置為-0.30.02,用不同顏色來顯示，最大減薄為-0.283,產(chǎn)品部分的最小變薄率大于0.02。本文所例產(chǎn)品料厚減薄情況如圖4所示。圖4?料厚減薄(2)成形極限圖。成形極限圖刻度如圖5所示，可以看出雙向拉伸區(qū)域有黃色，說明有開裂的趨勢，但離極限曲線還有一定安全量。MinorstrainFormingLimitDiagram圖5?成形極限(3)主應(yīng)變和副應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)。通過主應(yīng)變和副應(yīng)變來評(píng)價(jià)拉延質(zhì)量，在產(chǎn)品內(nèi)基本都屬于雙向拉伸狀態(tài)，拉延質(zhì)量良好,副應(yīng)變和主應(yīng)變變化情況如圖6、7所示。他在算圖6?副應(yīng)變變化圖8?滑移線顯示10.實(shí)際