基于Dynaform的翼子板全工序冲压成形仿真分析

1、基于Dynaform的翼子板全工序冲压成形仿真分析邓永艺（一汽海马汽车有限公司，海口，570216）概述：汽车工业的快速发展，带动了模具行业的飞速前进，加快了新工艺新技术的广泛应用。Dynaform是其中一款被广泛应用于板材冲压成形模拟的CAE软件，其集成了强大的前处理功能和ETA-Post后处理软件，采用业界非常著名的非线性动力显式有限元软件LS-DYNA作为求解器。本文将基于Dynaform5.7版软件，对某车型的翼子板进行全工序的冲压成形仿真分析，结合实际生产的零件，验证仿真分析结果的准确性。关键字：Dynaform；冲压；仿真前言当今世界汽车行业，新车型层出不穷，更新换代速度极快，各大

2、汽车厂家为了使产品造型更加新颖，性能更加出众、可靠，并尽可能的降低产品开发周期和制造成本，CAE计算机辅助工程已经成为各大汽车企业在日趋激烈的市场竞争中取胜的重要手段。通常人们所说的CAE，主要指工程设计中的分析计算和仿真。从板材成形的角度出发，指的是基于FEM（Finite element method）有限元法的板材成形模拟仿真。经过20多年的发展，板材冲压成形数值模拟CAE软件逐渐得到发展和成熟，已形成商品化的板料CAE软件，得到许多工业部门的重视和应用。美国的通用、德国的大众、奔驰，日本的丰田、日产等世界著名的汽车生产企业，应用板料CAE软件指导和优化零部件设计，模拟板料成形过程，解决

3、实际生产中出现的产品质量问题，明显减少模具的试模次数，缩短模具制造周期，降低开发成本和加快整车生产。目前较为知名的冲压CAE分析软件有Dynaform、Autoform和Pamstamp等，其中Dynaform是目前应用较为广泛的、计算精度较高的冲压CAE仿真分析软件之一。本文一共分为四部分来详细介绍基于Dynaform的某车型翼子板全工序模拟仿真过程，分别为：工法规划、CATIA模型搭建、网格模型建立及工序设置、仿真结果与实际零件对比验证。1 工法规划工法是零部件制造及工装设计的指导思想。合理巧妙的工法规划，不仅能够保证最终产品的品质，还能节约工装设计、加工、调试及生产成本。工法如图1所示，

4、一共六工序，从左到右依次为：OP05落料、OP10拉延、OP20修边冲孔、OP30翻边整形侧整形、OP40侧整形冲孔、OP50侧翻边冲孔。图1 工法2 CATIA模型搭建（1） OP05为落料工序，在仿真分析过程中仅把剪裁后的板材尺寸曲线添加到OP10拉延工序模型中。（2） OP10拉延用的模面是用CATIA、UG等三维软件进行参数化绘图，所建立的精细模面也是OP10凸凹模型面的加工依据。绘图参考主要是前期使用Dynaform经前期多轮CAE分析结果验证，前处理软件所构建的简易模型。其中，拉延筋要根据前期分析时虚拟筋所设定的锁紧力进行形状选择及位置分布，在CATIA精细化绘图时要体现在模面上，

5、如图2所示。图2 OP10拉延模型面数据（3） OP20修边工序仅需要将修边线投射到型面上。合理布置废料切断刀，保证剪切出来的废料尺寸大小合理，如图3所示。图3 OP20修边线位置（4）OP30工序比较复杂，翻边整形刀块构建时间较长。图4紫色及黄色部分为一体式翻边整形刀块模型，其运动方向为OP30局部坐标系的Z向。图5右侧黄色及紫色部分为水平斜楔侧翻边整形刀块，运动方向为OP30局部坐标系的y轴水平方向。图4 OP30一体式翻边整形刀块模型图5 OP30水平斜楔侧整形刀块模型（5） OP40主要工序内容为翼子板右侧安装面侧整形，整形刀块如图6黄色及紫色部分所示，运动方向与OP40局部坐标系X轴

6、成正40夹角。大灯处的搭接面整形机构如图7黄色部分所示，运动方向为Z向。因整形量较小，此次分析不作要求。图6 OP40侧整形模型图7 大灯大截面正整形模型（6） OP50主要是轮罩处凸耳的侧翻边（图8中间黄色部分所示）和A柱搭接处侧翻边（右侧A柱黄色部分所示）。凸耳侧翻边机构运动方向为局部坐标系YZ面上与Y轴负方向正45夹角。A柱搭接处侧翻边机构运动方向与X轴成正45夹角，与Y、Z轴成-45夹角。图8 OP50轮罩凸耳侧翻边模型将各型面数据转换成IGS格式。3 网格模型建立及工序设置前面在CATIA软件里只是初步绘制了各个工序的下模座型面，压料板、翻边刀及整形刀需要在Dynaform前处理软件

7、中进行网格偏置生成。（1）导入OP10拉延模IGS数据，对导曲面进行网格划分并检查修复网格，将此Part（层）命名为10DIE（凹模），如图9所示。新建10BINDER（压边圈）并设置为当前层，使用网格偏置工具，将压料面及拉延筋网格向下偏置0.77mm，如图10黑色部分所示。板料厚度为0.7mm，偏置距离为料厚的1.1倍，保证工具间的间隙大于料厚，板材在其中能够模拟实际的褶皱变形。同样方式创建10PUNCH（凸模）。（2） 隐藏OP10所有Part，导入图9 OP10拉延模模面网格图10 OP10压边圈网格偏置新建BLANK（板坯），利用导入的板材边界线生成板材网格。用AUTOSETUP新建一

8、个单动sheet forming仿真模型10forming。将工具定义为前面建立的各个Part，并对BLANK、10DIE、10PUNCH、10BINDER进行定位，如图11。在10forming前新建gravity（模拟板材在重力加载下的状态）工序，将10BINDER和10PUNCH设置为参考工具。图11 OP10工具定位状态OP20的IGS数据。新建trim（剪切）Part，连接相邻的切断刀，生成封闭的曲线，如图12黑色、绿色线所示。在sheet forming里新建20trimming工序，将各封闭曲线设置为切边刀，并根据工法定义剪切方向。将control里的网格重划分打开，并设置重划分

9、等级和最小网格尺寸。图12 OP20修边线（3） 隐藏前工序所有Part，导入OP30的IGS数据，将当前Part设置为30POST，对导入的曲面进行网格划分并修复，如图13粉色网格所示。新建30Steel（绿色网格所示）和30CAM（蓝色网格所示）两个Part，并利用网格偏置工具进行偏置，生成翻边刀和翻边斜楔。在sheet forming里新建Double action(双动工序)生成30forming。将相应的工具设置为此次生成的各Part。根据工法所示的方向进行定位，如图13所示。图13 OP30各工具定位状态（4） 隐藏前面所有Part，导入OP40的CATIA数据，按照OP30的操作

10、步骤进行网格划分并新建40POST、40PAD、40CAM。在sheet forming里新建Double action，生成40forming工序。进行工具定义及运动方向、行程设定。此处要说明的是由于零件在OP30已经进行了侧整形，板材在定位过程中会与下模座发生干涉变形。因此40POST及40PAD要去除部分干涉板料定位的网格，最终如图14所示：图14 OP40各工具定位状态（5） 参照OP40的操作步骤，建立OP50的网格模型，新建Double action生成50forming并定义工具，根据工法设定的方向对斜楔运动方向进行定义。最终如图15所示：图15 OP50各工具定位状态（6） 对

11、局部进行修边，步骤参照OP20工序20trimming，生成60trimming。图16 局部修边(7) 将OP10、OP20的Part保留在原始位置，OP30所有的Part往全局坐标系X 方向偏移2000mm，OP40偏移4000mm，OP50偏移6000mm， OP60偏移6000mm，按照工序顺序排开，方便动画演示，最终分析模型如图16、17所示。图16 OP10和OP30图17 OP40和OP504仿真结果与实际零件对比验证在sheet forming中进行冲压过程动画仿真确认工序设置无误后，提交计算。经过近20小时的运算之后得到仿真结果。（1） OP10拉延仿真结果与实际零件对比。图

12、18重力作用下板料形状图19 OP10成形极限及FLD图图20 OP10实际拉延件（2） OP20修边仿真结果与实际零件对比。图21 OP20修边仿真结果图22 OP20实际切边后零件（3） OP30翻边侧整形分析结果与实际零件对比。图25、26红色圈中为起皱，蓝色圈中为拉薄拉裂，仿真结果与实际完全吻合。图23 OP30仿真结果图24 OP30实际零件图25 OP30正整形仿真结果图26 OP30正整形实际状态图27 OP30斜楔侧整形仿真结果图28 OP30斜楔侧整形实际状态（4） OP40整形侧整形分析结果与实际零件对比图29 OP40侧整形仿真结果图30 OP40侧整形实际状态（5） OP50侧翻边分析结果与实际零件对比。图31 OP50轮罩凸耳侧翻边仿真结果图32 轮罩凸耳侧翻边实际状态（6） 最终全工序仿真结果与实际最终零件对比。图33 全工序最终件仿真结果图34 最终零件结论本文通过使用翼子板零件的冲压工法图为主线构建各工序的CATIA模型，导入Dynaform前处理软件进行网格划分及各工序工具建立，设置合理的冲压工序及工艺参数