基于Autoform的冲压件的数值模拟及模具设计

马妍骅，苏红磊

（宁夏生态建设规划办公室，银川，750002）

基于Autoform的冲压件的数值模拟及模具设计

马妍骅，苏红磊

（宁夏生态建设规划办公室，银川，750002）

以冲压件为研究背景，论述了制件冲压成形有限元模拟的理论和主要步骤。采用Autoform软件对零件进行了冲压成形过程的有限元分析，完成了相关数值模拟，预测了板料成形过程中减薄等缺陷，同时根据模拟结果进行模具设计，证明了前期数值分析对模具设计周期及成形质量具有重要意义。

冲压件；Autoform；模具设计

0 引言

CAE软件在工程上开始使用至今，已经历的40多年的发展，其理论和算法都日趋成熟，现已广泛应用。CAE将CAD模型进行数据处理，求解，生成形象的图形输出，用于产品质量分析，为工程应用提供实用的依据，从而大大缩短了研发周期。Autoform软件具有计算快，容易操作等优点。本文采用Autoform软件对其进行成形工艺模拟，为冲压件的成形提供了依据，并依此设计出模具进行实际生产。

1 冲压工艺准备及分析

1.1 模型工艺分析

图1 三维零件模型

图2 分析原型

零件三维模型，如图1所示。从图可以看出零件是个不规则曲面，面与面之间过渡光滑，为了保证最终成形质量，基本工艺分为拉延——切边——整形三步。首先在UG软件中对模型进行修整，将实体模型调整为曲面片，便于后续的导入和分析运算。

1.2 Autoform预处理

先将UG建模的零件，另存为*.igs格式，通过文件菜单导入如图2所示。在模型Model中的模型生成器Gemerey Generator界面中的Pre中生成边界线，增加一个拉延Draw20,由于在冲压过程中，局部受拉应力过大会造成板料变薄或破裂，因此，接触面应该尽量位于模具中心，在Tip中点选最小拔模负角设置冲压方向，检查模型生成情况。

1.3 Autoform工艺补充

在Bndry中进行边界填补，从而使零件边界和压料面之间的距离均匀，获得合理的工艺补充。由于零件为自由曲面，在拉延深度上最好保持均匀，点击Profile进入截线压料面进行调整，完成即可进行外工艺补充面设计。进入Addndm选择光顺smooth，

自动生成工艺补充面如图3，从图中可以看到，局部效果不理想，需要进行调整。

褶皱区域有开裂风险，采取以下措施。首先，在Advanced中将圆角和拔模角进行修改，凸模圆角Punch radius从10改为15，凹模圆角Die radius 从6改为8，拔模角Wall angle从7度改为12度。其次，优化截面线方向，将交叉的截面线进行调整，避免工艺补充面有重叠现象。最后利用Mod2功能优化模面，添加细节特征Add detail，输入需要优化区域的边界线，进行工艺补充面的光顺优化处理。

图3 工艺补充面

图4 局部调整变化图

1.4 坯料计算及排样

在模型Model中可以选择料片生成器Blank Generator进行毛坯尺寸计算，可以在坯料边界里进行尺寸修改，之后进行排样Embed/Nest parameters，选择排样方法，直排式。材料厚度为1.5，材料类别为Steel，进行排样计算。

1.5 工具参数设置

选择模型Model菜单中的过程控制器Process Generator选项，使用增量法Incremental双动拉延Double action draw，输入材料厚度1.5mm。点击OK后进入，操作界面，设置好Blank，Tools等选项，摩擦系数选用0.15默认值，待模具闭合控制参数及拉延控制参数设置完成，最终显示如图5所示，为拉延过程。再次设置整形，切边可以进行最终计算。

图5 拉延模型

图6 模拟结果

1.6 模拟结果与分析

完成上述步骤后，可进行计算模拟拉深工序计算。从云图可以看出，零件绝大部分呈绿色，局部为灰色变形不充分，没有破裂的情况发生，成形极限曲线也显示压边圈以内为绿色，与云图相对应。零件表面最小变薄率为0.0867，整体制件工艺方案可行，在此条件下可以进行模具设计和制造。

2 模具结构设计

根据冲压工艺仿真分析结果，利用UG软件完成模具的CAD设计，模具结构如图7所示。考虑到零件为自由曲面，为提高冲压后的精度，分两次修边，在满足成品性能条件下，采用钢板模具结构，以节约材料，降低成本。凸、凹模采用Cr12MoV，其余底板均采用45号钢。为四工位级进模，采用定位块粗定位，定位销实现精确进料定位，经落料、整形、修边实现制件成品。

图7 模具图

3 结论

1）分析了冲压制件的结构特点，制定了工艺方案，利用Autoform软件对其成型质量进行了仿真分析，通过云图为冲压件工艺方案的可行性与合理性提供了依据。使用了截面线、拔模角以及细节特征对工艺补充面进行优化，达到了较理想的结果。

2）利用UG软件完成了模具结构设计，进行了样件生产，充分说明使用Autoform软件对冲压制件参数和质量进行分析，极大缩短了设计、生产周期，减少试模次数，对提高产品成形质量有重要意义。

[1] 赵迎祥,李飞舟.基于Autoform 的轿车引擎盖板冲压成形仿真的研究[J].沈阳:机械设计与制造2010.11:94-95.

[2] 李飞舟．基于 Autoform 的汽车覆盖件成形有限元分析[J]．热加工工艺，2010，39(15)：111-113．

[3] 陈文亮．板料成形CAE分析教程[M]．北京：机械工业出版社，2005．

Based on Autoform's numerical simulation on stamping parts and die design

Ma Yanhua，Su Honglei
(Ecological Construction Planning Office in Ningxia,yinchuan，750002)

The study on stamping parts for background, discusses the theory of finite element simulation of workpiece forming and the main steps.Parts using Autoform software for finite element analysis of the stamping process, complete a numerical simulation and prediction in sheet metal forming process defects such as thinning, while according to the simulation results for mold design, proved that numerical analysis on mold design cycle and during forming quality is of great significance.

Stamping parts；Autoform；tooling design for stamping parts

*

宁夏科技支撑计划项目（编号：2012ZYG019）*

马妍骅（1981.06），回族，宁夏，讲师，工程硕士，主要研究方向冲压模具CAD/CAE/CAM。