基于AUTOFORM建立板材成形原理与方法专业课模拟实践平台

刘发 赵洪运 于静泊 杨海峰 周威佳

[摘要]近年来，随着汽车工业的高速发展，车辆快速更新换代已经成了汽车企业生存的基本前提，各大汽车企业对车身开发专业技术人员有了新的筛选标准，同时对高校的教育培养模式提出了新的要求。因此，材料成型专业实验教学进行实践性创新活动具有重要意义。以板材成形原理与方法专业课为依托，有限元数值模拟软件AUTOFORM为工具，工程化零件为载体，综合规划，建设专业课模拟实践平台，着重培养学生的创新思维和工程化意识，提高学生的实践创新能力及工程化实践能力，形成了一套完整的综合实验教学实践创新体系。

[关键词]有限元分析;数值模拟;板材成形

[中图分类号]G642

[文献标志码]A

[文章编号]2096-0603（2019）07-0216-02

板材成形原理与方法是材料加工专业非常重要的一门专业课，通过这门课程的学习，一方面为学生打下坚实的理论基础，同时也是学生理论联系实际进行工程化设计的重要参考依据。现阶段各高校针对此课程还是以课本理论授课为主，实际工程化设计严重不足，学生所学的知识仍停留在理论阶段，未真正意义上升到实际应用。近年来，随着塑性成形有限元数值模拟的应用，计算机辅助设计已成为主流，所以，以AUTOF一ORM为工具，以工程化案例为载体，为板材成形原理与方法专业课建立模拟实践平台尤为重要。

一、专业课介绍

（一）板材成形原理與方法介绍

板材的主要成形方法为冲压成形。冲压成形是指靠压力机和模具对板材、带材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状、尺寸、性能的工件的加工成形方法凹。冲压成形几乎涉及各行各业，如汽车车身覆盖件、家用电器的金属部件、电脑金属部件等。随着冲压成形件的广泛应用，专业人才需求量急剧增加，板材成形原理与方法这门课的重要程度也逐步被提高。

（二）塑性成形有限元分析介绍

近年来，随着计算精度和运行速度的显著提高，有限元模拟在航天、汽车、模具等工业的发展也越发成熟。利用有限元模拟技术进行零件成形分析，优化工艺、提高产品性能，从而降低产生缺陷的可能性，是企业产品开发的重要环节121。有限元数值模拟软件较多，如AUTOFORM，DENAFORM，PAMSTAMP等。本文所用有限元分析软件即为AUTOFORM。

二、基于AUTOFORM建立板材成形原理与方法专业课模拟实践平台

（一）模拟实践平台工具选取

模拟实践平台要通过对多组工艺参数进行模拟，对比计算结果，逐步优化各工艺参数。基于AUTOFO一RM计算速度快、前处理功能强大等特点，可有效解决计算量大、耗时长、参数更改繁琐等实际问题，本实践平台选取AUTOFORM为工具。

（二）模拟实践平台研究对象选取

研究对象难度选取要适中，难度太大，规定时间内，学生无法完成任务，达不到训练目的。同时由理论过渡到实际设计，难度跨度太大，不利于知识吸收提升;难度太小，又无法承载多组工艺参数优化任务，同样达不到训练目的。所以，以难度适中的汽车车身前横梁为研究对象，如图1所示。

（三）模拟实践平台前期建模阶段重点考察知识点设计

模拟实践平台搭建过程，就是学生利用AUTOFORM进行工艺设计的过程：（1）冲压中心确定;（2）冲压角度设定;（3）压料面设计;（4）工艺补充面设计;（5）板料尺寸设定;（6）压边圈行程设定;（7）初始压边力计算。

（四）模拟实践平台前期建模过程

模拟实践平台的建设，首先要对前横梁进行工艺设计，过程如下：（1）产品导人AUTOFORM中;（2）调整产品中心;（3）调整冲压角度;（4）补充产品缺口和孔洞;（5）生成压料面;（6）生成工艺补充面;（7）生成板料;（8）设置初始压边力和虚拟拉延筋;（9）设置摩擦系数;（10）生成模具部件并设定其行程。如图2所示，从左至右从上到下依次为产品导人缺口孔洞补充、生成压料面、生成工艺补充面、生成原始板料、生成模具部件（上模、下模、压边圈）。

（五）模拟实践平台后期模拟参数设计

以前横梁为研究对象，料厚1.2mm，影响零件成形效果的因素有：压边力、摩擦系数、拉延筋强度、模具间隙等。现研究以上四因素对成形效果的影响，各取四组参数，建立模拟实践平台的参数库，如下表所示。学生在参数库中选择参数，进行模拟研究。

通过此实践平台，学生可以快速总结出四个参数对成形过程的影响，如想研究压边力对成形过程的影响，则将摩擦系数、拉延筋强度、模具间隙都选择数组一不变，然后压边力分别选择数组一、数组二、数组三、数组四进行计算对比，便可清晰地判断出压边力对成形过程的影响。同理，用类似的方式可研究其他三个参数对成形过程的影响。

通过实践平台模拟结果，可快速总结压边力、摩擦系数、拉延筋强度、模具间隙对成形效果的影响。再结合板材成形原理与方法专业课知识，进行检验分析，有效提升学生的专业知识及工程化设计能力。

三、模拟实践平台实施后效果

1.通过此平台，学生总结了压边力摩擦系数拉延筋强度、模具间隙对成形过程的影响，增强了分析问题能力;

2.通过应用AUTOFORM软件进行模拟计算，学生对塑性成形有限元分析专业课知识进行了巩固和应用;

3.掌握了一款工程化有限元分析软件的应用方法;

4.在进行零件工艺设计实训过程中，综合利用了塑性成形有限元分析、板材成形原理与方法专业课知识，提升了学生的知识综合应用能力;

5.以典型冲压件为依托，提升学生的工程化设计能力;

6.通过计算、分析、修正、再计算等反复循环，直至计算出最优结果，提升了学生的综合分析问题能力和解决问题能力。

参考文献：

[1]官英平.AZ31B镁合金方盒形件拉深成形工艺参数研究[J].锻压技术，2014，39（6）：45.

[2]姜旭，周六如.基于AUTOFORM汽车左中侧围内板加强板成形模拟及工艺优化[J].锻压技术，2018，43（10）：47.