王玥

（重慶長征重工有限責任（rèn）公司，重慶400083）

摘　要：板坯（pī）外形設計是（shì）工藝設計的重要環節，它直接（jiē）影響工件的（de）成形質量。合理的板（bǎn）坯外形可以節省原材料，防（fáng）止拉深件開裂和起皺，使成形件厚度分布（bù）均勻，提高（gāo）板料（liào）的可成形性，減少（shǎo）成（chéng）形後的修邊的（de）工作量。

借助eta／DYNAFORM軟件，對摩托車油箱底殼拉深（shēn）成形工序中所需板坯外形（xíng）進行設計，模擬其拉深成形全過程，並通過觀察模擬結（jié）果分析板（bǎn）料形狀對（duì）成形質（zhì）量的影響，選定最優板料設計方案並（bìng）對衝壓參數進行優化（huà）。

關鍵詞：油底殼（ké）；反向模擬法；板料設計；起皺；未充分拉深；數值（zhí）模擬

中（zhōng）圖分類號：TB

文獻標識碼：Adoi：10.19311／j．cnki．1672－3198．2018．34．108

０引言

衝壓件板坯外形的確定問題早在20世（shì）紀50年代就已涉及，並由此產生了多種板坯（pī）外形設計方法。板坯外形應以（yǐ）滿足（zú）衝壓件幾何形狀要（yào）求為原則。

早期（qī）提出的板（bǎn）坯外形設計法有查圖和查表法、實驗逐次逼近法等，後來又提（tí）出了（le）拚接法、滑移線、物理模擬法和幾何映射法（fǎ），以及近年來提出的有限元逆算法（fǎ）和增量法。

有限元逆算法結合（hé）了（le）塑性變形理論和有限元技術，直（zhí）接由衝壓件反算（suàn）出板坯展開形狀及尺寸，是板坯外形（xíng）設計方法的巨大進步。

圖１所示摩托車油底殼是典型的薄板拉深成形（xíng）件，具有曲麵形（xíng）狀複雜，結構尺寸較大（363ｍｍ×185ｍｍ×110ｍｍ）的特點，利用傳統的（de）板坯展開法很難準確計算（suàn）其外形（xíng）輪廓和尺寸。

本（běn）文以eta／DY－ＮＡＦＯＲＭ軟件為數值模擬平台，利用該軟件中基於（yú）有限元逆算法的MSTEP模塊將圖１製件展開（kāi）；同時以（yǐ）展開的（de）板（bǎn）坯（pī）形狀和尺（chǐ）寸為基（jī）礎，設計出幾種板坯展開形狀（zhuàng）方案，並借助ＤＹＮＡＦＰＲＭ分析比較不同板坯展開方案下的拉深件質量，以便確定較佳（jiā）的板坯形狀與尺寸。

編輯

圖１　油底殼實物（wù）

１　基於有限製元（yuán）逆算法的MSTEP模塊

１.1有限元逆算法的基本概念

有限（xiàn）元逆（nì）算法也（yě）叫一步成形法，是（shì）根據產品零件或已經完成工藝補充的（de）衝壓件幾（jǐ）何形（xíng）狀來預測（cè）它的坯料形（xíng）狀和可成形（xíng）性。

由於這種算法每個有限元節點隻有２個自由度，模擬速度非（fēi）常快，而且數據準備量少，因此非常適合（hé）在產（chǎn）品設計階段和模具工（gōng）藝補充（chōng）設（shè）計過程（chéng）中進行快速成型性分析。

MSTEP模塊是基於改進的有限元逆算法，改進了全（quán）量形變（biàn）理論產生應變局部化快的現象，采（cǎi）用四邊形薄膜單（dān）元DKQ彎曲單（dān）元，能夠保證逆算法的迭代收斂性。

１.2  MSTEP模塊的基本原理

板料在衝壓成形過程中假設是按比較加載的變形過程，並且材料不可壓縮，模擬過程中采用塑性全量（liàng）形變本（běn）構模型。

有限元逆算法（fǎ）的基本思路（lù）是在成形後的衝壓件上建立有限元方（fāng）程進行（háng）迭代求解，坯（pī）料與衝壓件之間幾何尺寸和物理量（liàng）情況如表１所示。

編（biān）輯

表１　板坯（pī）與衝壓（yā）件的幾（jǐ）何尺寸（cùn）和物理量比較

從表１中可以發現，推導有限元逆算法所需要的基本條件和（hé）物理量在板坯或衝壓件（jiàn）中是已（yǐ）知的，其（qí）中３個（gè）未知的量則通過有限元逆算法求解（jiě）。

1.3　逆算（suàn）法實施過（guò）程

逆算法分析的對象是修邊（biān）後的衝壓件，通過有限元方法將工（gōng）件向（xiàng）水平或者給定曲麵展開，並進行一係列迭代計算得出工件的初始坯料形狀及最終成形（xíng）後的應（yīng）力、應變等（děng）物理量（liàng）信息。

２　有限元逆算法展開板料

利用eta／DYNAFORM軟件中MSTEP模塊由（yóu）板料初始厚度與最終狀態形狀得到板料的初始形狀。本文所選用（yòng）的板（bǎn）料為st14，板料板厚ｔ＝0.9ｍｍ。st14的主要力學（xué）參數（shù）如表２所示。

編（biān）輯

製件模型圖如圖２所示，將其進行網格劃分，定義板坯的材料及板厚（hòu），經過有限元逆算法得到其展開板坯形狀如圖３所示。

編（biān）輯

３　在展開板坯基礎上設計拉深件板坯外形與尺（chǐ）寸

3.1　拉深模型

圖４是直接（jiē）根據油底殼外形建立的板料、凸／凹模和（hé）壓邊（biān）圈有限元模型。

編輯

3.2　實驗條件（jiàn）

采用單動拉深，凹模入口圓角半徑７ｍｍ，摩擦係數０．１１，虛擬衝壓速度（dù）２０００ｍｍ／ｓ，壓邊力６５０ＫＮ，凸（tū）、凹模間隙（xì）０．９９ｍｍ。

3.3　通過（guò）模擬結果優化板坯形（xíng）狀

在實際生（shēng）產中，為了節（jiē）約生產成本，避免加工落料模具落料，一般不直接使用上述展開的不規（guī）則的板料形狀，可在其基礎上進行修（xiū）改，生成較規則的板坯形狀，以下是在展開（kāi）板（bǎn）坯的基礎上提出的四種板（bǎn）坯形狀方案。

3.3.1　Ａ１方案及實驗結果

在（zài）圖３基礎上（shàng）通過相切生成矩形板坯如圖５中輪（lún）廓１所示，又因為圖３所示為拉深件切邊後製（zhì）件的板（bǎn）坯展開形狀（zhuàng），所以需要在其基礎上除開口除三（sān）邊（biān）生成（chéng）壓邊餘量形成在拉深成形中過程中的壓料麵，所以在輪（lún）廓１的基礎上，向外擴展４５ｍｍ，作為拉深件的板坯，如圖５中輪廓２所示，其尺寸為（wéi）４０９ｍｍ×４４６ｍｍ。

其（qí）成形狀（zhuàng）態（tài）分析結果如圖（tú）６所示。在（zài）Ｙ軸方向（xiàng）可（kě）能受到不均勻拉（lā）應力Ｆ使得開（kāi）口處板料在成（chéng）形時候向Ｙ軸縮進，經測量縮（suō）進（jìn）量（liàng）約為３０ｍｍ，未（wèi）能（néng）達到拉深件的尺寸要求，所以需要在開口處延伸板料（liào）長度，又因不能控製其（qí）縮進長（zhǎng）度，為確保開口處的精確尺寸，需（xū）要再留出一定的修（xiū）邊餘量。

編輯

3.3.2　Ａ2方案及實驗結果

來源：網絡 侵刪（shān）

免責聲明：本文援引自網絡或其他媒體，與揚鍛（duàn）官網無關（guān）。其原（yuán）創性以及文中陳述文字和內容（róng）未經（jīng）本（běn）站證實，對本文以及其中全部或（huò）者部分內容、文字的真實性、完整性、及（jí）時（shí）性本站不（bú）作任何保證或承諾，請讀者（zhě）僅作參考，並請自行（háng）核實相關內容。