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轉發自：工程管理與技術

作者：王　玥

（重慶長征重工有限（xiàn）責任公司，重慶（qìng）４０００８３）

摘　要：板坯外形設計是工藝設計的重要環節，它直接影響工件的成形質量。

合理的板坯外形可以節省原材（cái）料，防止拉深（shēn）件開裂和起（qǐ）皺，使成形件厚度分布均勻，提高板料的（de）可成形性，減少成形後的（de）修邊的（de）工（gōng）作量。

借助（zhù）ｅｔａ／ＤＹＮＡＦＯＲＭ軟件，對摩托車油（yóu）箱底殼拉深成形工序中所需板坯外形進行設計（jì），模擬其拉深（shēn）成形全過（guò）程，並通過觀察模擬結果分析板料（liào）形狀對成形質（zhì）量的影響，選定最優板料設計方案並對衝壓參數進行優化。

關鍵詞：油底殼；反向模（mó）擬法；板料設（shè）計；起（qǐ）皺；未充（chōng）分拉深（shēn）；數值模擬

中圖分類（lèi）號：ＴＢ

文獻標識碼：Ａ

ｄｏｉ：１０．１９３１１／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７２－３１９８．２０１８．３４．１０８

引言

衝壓件板（bǎn）坯外形的確定（dìng）問題早在２０世紀５０年代就已涉及，並由（yóu）此產生了多種板坯外形設計方法。板坯外形應以（yǐ）滿足衝壓件幾何形狀要求為原（yuán）則。

早期提出的板坯外形設計法有查圖和查表法、實驗逐次逼近法等，後來又提出了拚接法、滑移線、物理模擬法和幾何映射（shè）法，以及近年來提出的（de）有（yǒu）限元逆（nì）算法和增（zēng）量法。

有限（xiàn）元逆（nì）算法結合了塑性變形理論和（hé）有限元技術，直接由衝壓件反算出（chū）板坯展開形狀及尺寸（cùn），是板坯外形設計方法的巨大進（jìn）步。

編輯

圖１所示摩托車（chē）油底（dǐ）殼是典型的薄板拉（lā）深成形件，具有（yǒu）曲麵形狀複雜，結構尺寸較大（３６３ｍｍ× １８５ｍｍ×１１０ｍｍ）的特點（diǎn），利用傳統的板坯展開法很難準（zhǔn）確計算其外形輪廓和尺寸。本文以 ｅｔａ／ＤＹ－ＮＡＦＯＲＭ軟件為數值模擬（nǐ）平台，利（lì）用（yòng）該軟件中基於有限元（yuán）逆算法的ＭＳＴＥＰ模塊將圖１製件展開

編輯

同時以展開的板坯形狀和尺寸為基礎（chǔ），設計出幾種板坯展開形狀方案，並借助ＤＹＮＡＦＰＲＭ分析比較不同板坯展開方案下的拉深件質量，以便確定較佳的板坯形狀與尺寸。

圖１　油底殼實物（wù）

1、基於（yú）有限製元逆算法的ＭＳＴＥＰ模塊

1.1有限元逆算（suàn）法的基本概念

有限元逆算法也叫一步成形法，是（shì）根據產品零件或已（yǐ）經（jīng）完成工藝（yì）補充的衝壓件幾何形狀來預測它（tā）的坯料（liào）形狀和可成形性。

由於這種（zhǒng）算法每個有限元節點隻有２個（gè）自（zì）由度，模擬速度非常快，而且（qiě）數據準備量少，因此非常適合在產品設計階段和模具工藝補充設計過（guò）程中進行快速成（chéng）型性分析（xī）。

ＭＳＴＥＰ模（mó）塊是基於（yú）改進的有限元逆算法，改（gǎi）進了全量形變理論產生應變局部化快的（de）現象，采用四邊形薄膜單元ＤＫＱ彎曲單元，能夠保證逆算法的迭代收斂性。

1.2ＭＳＴＥＰ模塊的基本原理

板（bǎn）料在衝壓成形過程（chéng）中假設（shè）是按比（bǐ）較加載的變形過程，並且材料不可壓（yā）縮，模（mó）擬過程中采用塑性全量形（xíng）變本構模型。

有限元逆算法的（de）基本（běn）思（sī）路是在（zài）成形後的衝壓件上建立有限元方程進行迭（dié）代求解，坯（pī）料與衝壓件之間幾何尺寸和物（wù）理量情況如表１所示。

從表１中可以（yǐ）發現（xiàn），推導有限元逆算法所需（xū）要的基本條件和物理量在板（bǎn）坯或衝壓件中是已知的，其（qí）中３個未知的量則通過有限元逆算法求解。

1.3逆算法實施過程

逆算法分析的對象是修邊後的衝壓件，通過有限元（yuán）方（fāng）法將工件向水平或者給定曲麵展開，並進行一係列迭代計算得出（chū）工件的初始坯料形（xíng）狀及最終成形後的應力、應變（biàn）等物理量信息。

2、有限元逆算法展開板料

利用ｅｔａ／ＤＹＮＡＦＯＲＭ軟件中 ＭＳＴＥＰ模塊由板料初始厚度與最終狀態形狀得（dé）到板料的初始形狀。

本文所選用的板料為ｓｔ１４，板料板厚ｔ＝０．９ｍｍ。

Ｓｔ１４的主要力學參數如表２所（suǒ）示。

編輯

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

3、在展開板坯基礎上設計拉深件板坯外（wài）形（xíng）與尺寸

3.1拉深模型

圖４是直接根據油底殼外形建立的板（bǎn）料、凸／凹模和壓邊（biān）圈有限（xiàn）元模型。

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２０００ｍｍ／ｓ，壓邊力６５０ＫＮ，凸、凹模間隙０．９９ｍｍ。

3.3通過模（mó）擬結果優化板坯形狀

在實際生產（chǎn）中，為了節約生產成本，避免（miǎn）加工落料模具落料，一般（bān）不直接使用上述展開的不規則的板料形狀，可在（zài）其基礎上進行（háng）修改，生成較規則的板坯形狀，以下是在展開（kāi）板坯（pī）的基礎上提出的四種（zhǒng）板坯形狀方（fāng）案。

編輯

3.3.1Ａ１方案及實驗結果

在圖３基礎上通過相切生（shēng）成矩形板坯如圖（tú）５中輪（lún）廓１所示，又因為（wéi）圖３所示為拉深件切邊後製件（jiàn）的板坯（pī）展開形狀（zhuàng），所（suǒ）以需要在其基礎上除開口除（chú）三邊（biān）生成（chéng）壓（yā）邊餘量形（xíng）成在拉深成形中過（guò）程中的壓料麵，所以在輪廓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（qí）尺寸（cùn）為４０９ｍｍ×４４６ｍｍ。

編輯

其成（chéng）形狀態分析結果如圖６所示。

在Ｙ軸方向可能受到不均勻拉應力Ｆ使得開口處板料在（zài）成形時候向Ｙ軸縮進，經測量縮（suō）進量約為３０ｍｍ，未能達到拉（lā）深件的尺（chǐ）寸要求，所以需（xū）要在開口處延伸板（bǎn）料長度，又因不能控製其縮進（jìn）長度，為確保開口處的精確尺寸，需要再留出一定的修邊餘量。