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摘 要 论述了椭圆花样冲压件的有限元模拟主要步骤，以椭圆花样冲压件为研究背景，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的缺陷，根据仿真结果对工艺方案再次CAE仿真优化，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。
关键词 冲压件；Autoform；数值模拟
中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0061-02
随着模具制造业的迅猛发展，产品的多样性及设计制造周期已经成为各个厂家竞争的焦点。随着冲压成形CAE理论和技术上的不断完善，冲压成形有限元仿真分析在工业中的应用日益受到重视。CAE的作用是在产品设计阶段对其进行模拟预测分析，一定程度上保证设计方案的可行性，使产品达到预期的性能指标。Autoform软件是专门用于金属模具成形分析的CAE工程软件，在整个模具开发过程中起着校对审核的作用，能在造型设计初期对其进行模拟分析，不断调整工艺造型和成形手段，使得工艺方案在制造阶段具有较高的准确性。本文以一椭圆花形冲压件为例，采用Autoform软件对其成形过程进行模拟并对成形模拟结果进行分析，为前期模具设计提供依据。
1 椭圆花形冲压件CAD模型及CAE仿真过程
1.1 椭圆花形冲压件CAD模型及特点
椭圆花形冲压件在UG中的建模如图1所示。从图中可以看出，该零件表面为自由曲面，较为复杂，表面质量要求较高，许多细小纹路，拉延易引起不充分。
图1 UG中的模型
图2 模型边界线生成
1.2 椭圆花形冲压件CAE仿真过程
1.2.1 模型导入及有限元网格模型的建立
IGS和STL常用于与CAD软件进行数据交换，而以STL格式导入的模型，是以一个整体存在的，在后续的Process generator过程生成器中不能进行再划分定义，因此将椭圆花形模型输出为.igs格式，导入到Autoform中，采用网格划分器对模型进行自动网格划分。
1.2.2 CAE仿真过程
1）模型导入后，在Part中点击应用apply可以完成模型的预处理，生成模型外边界的一道连续的蓝色线条。由于Autoform处理的是曲面特征，因此在导入前应将模型修整好，否则应在Define objects中将多余面片删除，生成的蓝色边界曲线如图2。
冲压方向可以保证获得理想的拉延件，对后续工序的安排产生较大的影响。为了确保凸模与凹模顺利接触，接触面应该尽量处于模具中心，压料面各处进料阻力应当均匀。在Tip选项卡中先定义压力中心，单击Center of gravity、Min draw depth最小拉延深度、Z轴完成冲压方向定义如图3所示。
图3 冲压方向
图4 工艺补充与压料面
2）椭圆花形冲压件板料厚度为1.0 mm，在模拟类型中选择增量法Incremental双动拉延Duble action draw，增加整形工序，在模面工程中创建压料面，修改压料面与模型的位置，调整shift的数值，进行工艺补充。确定压料面形状要简单平滑，尽量保证拉入凹模里的材料不皱不裂，最终模型如图4。然后进行工具参数的设定，在控制界面下，单击Closing标签，在压边圈与凹模的闭合过程，采用缺省值，即Die模静止，Time值可自行设置，但必须与Tools中的数值相关。设置压边力时单击Binder中P=3按钮，然后确认，即可进行运算。图5为仿真模拟几何模型，根据设定工艺参数进行数值模拟。
图5 成形模拟几何模型
图6 厚度减薄率云图
图7 FLD成形分析图1
图8 FLD成形分析图2
2 结果与分析
从图7中的成形性云图可以看出，绿色表示变形充分，形成性好，灰色表示变形不充分，蓝色表示应力状态，紫色表示起皱。中间部分大多为灰色，说明变形不充分，可以判断存在拉延不充分，可能拉延力偏小，需要进一步调节拉延参数。成形极限图作为判断破裂的依据，可以看出所有的点都在曲线的下方，且距离较大，说明没有破裂的情况发生。调整首次拉延参数，将压边力由原来的1×105 N，调节到3×105 N，其他条件不变，重新题解模拟计算结果如图6和图8可知，绿色区域较为广泛，材料厚度最大减薄率为20%，复合产品质量要求，最终表明成形性较好，能够拉延生成较为理想的零件。
3 结束语
Autoform软件运用于板料的仿真分析已经较为成熟，近些年来发展的非常迅速。以椭圆花样冲压件为例，探讨了从CAD与CAE的数据交换，到CAE仿真成形分析的全过程，预测了模具制造过程中可能出现的缺陷，从而修改相关工艺方案。有效的节省了设计制造周期，提高了可靠性。但是，实践是检验真理的唯一标准，仿真分析需要同实践相结合，才能更有效的指导生产。
基金项目
宁夏科技支撑计划项目（编号：2012ZYG019）。
参考文献
[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.
作者简介
苏红磊（1978-），女，汉族，山东临沂人，工程师，研究生学位，研究方向：CAD/CAM應用技术及模具设计及制造。
关键词 冲压件；Autoform；数值模拟
中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0061-02
随着模具制造业的迅猛发展，产品的多样性及设计制造周期已经成为各个厂家竞争的焦点。随着冲压成形CAE理论和技术上的不断完善，冲压成形有限元仿真分析在工业中的应用日益受到重视。CAE的作用是在产品设计阶段对其进行模拟预测分析，一定程度上保证设计方案的可行性，使产品达到预期的性能指标。Autoform软件是专门用于金属模具成形分析的CAE工程软件，在整个模具开发过程中起着校对审核的作用，能在造型设计初期对其进行模拟分析，不断调整工艺造型和成形手段，使得工艺方案在制造阶段具有较高的准确性。本文以一椭圆花形冲压件为例，采用Autoform软件对其成形过程进行模拟并对成形模拟结果进行分析，为前期模具设计提供依据。
1 椭圆花形冲压件CAD模型及CAE仿真过程
1.1 椭圆花形冲压件CAD模型及特点
椭圆花形冲压件在UG中的建模如图1所示。从图中可以看出，该零件表面为自由曲面，较为复杂，表面质量要求较高，许多细小纹路，拉延易引起不充分。
图1 UG中的模型
图2 模型边界线生成
1.2 椭圆花形冲压件CAE仿真过程
1.2.1 模型导入及有限元网格模型的建立
IGS和STL常用于与CAD软件进行数据交换，而以STL格式导入的模型，是以一个整体存在的，在后续的Process generator过程生成器中不能进行再划分定义，因此将椭圆花形模型输出为.igs格式，导入到Autoform中，采用网格划分器对模型进行自动网格划分。
1.2.2 CAE仿真过程
1）模型导入后，在Part中点击应用apply可以完成模型的预处理，生成模型外边界的一道连续的蓝色线条。由于Autoform处理的是曲面特征，因此在导入前应将模型修整好，否则应在Define objects中将多余面片删除，生成的蓝色边界曲线如图2。
冲压方向可以保证获得理想的拉延件，对后续工序的安排产生较大的影响。为了确保凸模与凹模顺利接触，接触面应该尽量处于模具中心，压料面各处进料阻力应当均匀。在Tip选项卡中先定义压力中心，单击Center of gravity、Min draw depth最小拉延深度、Z轴完成冲压方向定义如图3所示。
图3 冲压方向
图4 工艺补充与压料面
2）椭圆花形冲压件板料厚度为1.0 mm，在模拟类型中选择增量法Incremental双动拉延Duble action draw，增加整形工序，在模面工程中创建压料面，修改压料面与模型的位置，调整shift的数值，进行工艺补充。确定压料面形状要简单平滑，尽量保证拉入凹模里的材料不皱不裂，最终模型如图4。然后进行工具参数的设定，在控制界面下，单击Closing标签，在压边圈与凹模的闭合过程，采用缺省值，即Die模静止，Time值可自行设置，但必须与Tools中的数值相关。设置压边力时单击Binder中P=3按钮，然后确认，即可进行运算。图5为仿真模拟几何模型，根据设定工艺参数进行数值模拟。
图5 成形模拟几何模型
图6 厚度减薄率云图
图7 FLD成形分析图1
图8 FLD成形分析图2
2 结果与分析
从图7中的成形性云图可以看出，绿色表示变形充分，形成性好，灰色表示变形不充分，蓝色表示应力状态，紫色表示起皱。中间部分大多为灰色，说明变形不充分，可以判断存在拉延不充分，可能拉延力偏小，需要进一步调节拉延参数。成形极限图作为判断破裂的依据，可以看出所有的点都在曲线的下方，且距离较大，说明没有破裂的情况发生。调整首次拉延参数，将压边力由原来的1×105 N，调节到3×105 N，其他条件不变，重新题解模拟计算结果如图6和图8可知，绿色区域较为广泛，材料厚度最大减薄率为20%，复合产品质量要求，最终表明成形性较好，能够拉延生成较为理想的零件。
3 结束语
Autoform软件运用于板料的仿真分析已经较为成熟，近些年来发展的非常迅速。以椭圆花样冲压件为例，探讨了从CAD与CAE的数据交换，到CAE仿真成形分析的全过程，预测了模具制造过程中可能出现的缺陷，从而修改相关工艺方案。有效的节省了设计制造周期，提高了可靠性。但是，实践是检验真理的唯一标准，仿真分析需要同实践相结合，才能更有效的指导生产。
基金项目
宁夏科技支撑计划项目（编号：2012ZYG019）。
参考文献
[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.
作者简介
苏红磊（1978-），女，汉族，山东临沂人，工程师，研究生学位，研究方向：CAD/CAM應用技术及模具设计及制造。