支架件冲压成形仿真分析

成永平

中国长安汽车集团股份有限公司四川建安车桥分公司,雅安  625000

摘 要：现如今，冲压件在机械行业占据着相当大的比例，并随着机械行业的快速发展，其对冲压件的需求也逐渐增加，同时对其成形质量也有较高的要求。本文通过HyperForm软件实现了冲压件的冲压工艺仿真和工艺优化设计，最终获得成形良好的冲压件产品。

关键词：毛坯 延伸率 支架件 优化设计 HyperForm  RADIOSS

0 前言

众所周知，汽车冲压件的生产是汽车制造中十分重要的部分，如轿车的车身、车架、车厢等都是由钢板冲压制造而成。据统计，制造一辆普通轿车平均需要约1500个冲压件。近年来，汽车冲压件领域，随着新车型的引进、旧车型的换代以及国内外整车及零部件生产规模的不断扩大，需求也不断增加。因此，围绕获取新的供货渠道，拥有先进技术的世界冲压件制造商和具有成本竞争力的国内冲压件制造商，都在强化各自的事业领域，加快冲压件生产体制的构建。

随着市场竞争的日趋强烈，人们对冲压件成形质量的要求也越来越高。本文通过Altair的HypeForm软件对冲压件的成形工艺过程进行研究。

1 软件介绍

Hyperworks软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。它包括了多种模块，在本文中主要使用HyperMesh与HyperForm模块来对模型进行前处理，RADIOSS进行冲压过程的仿真计算，然后通过HyperView模块进行结果的查看。

HyperMesh是一个高性能的有限元前处理器，它能让CAE分析工程师在高度交互及可视化的环境下进行仿真分析工作。与其他的有限元前处理器比较，HyperMesh的图形用户界面易于学习，特别是它支持直接输入已有的三维CAD几何模型(UG，Pro/E，CATIA等)已有的有限元模型，并且导入的效率和模型质量都很高，可以大大减少很多重复性的工作，使得CAE分析工程师能够投入更多的精力和时间到分析计算工作上去。

在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，HyperMesh具有很好的速度、适应性和可定制性，并且模型规模没有限制。其他很多有限元前处理软件对于一些复杂的，大规模的模型在读取数据时候，需要很长时间，而且很多情况下并不能够成功导入模型，这样后续的CAE分析工作就无法进行；而采用HyperMesh，其强大的几何处理能力使得HyperMesh可以很快的读取那些结构非常复杂，规模非常大的模型数据，从而大大提高了CAE分析工程师的工作效率，也使得很多应用其他前处理软件很难或者不能解决的问题变得迎刃而解。

HyperMesh前处理的功能非常强大，而且可操作性强，具有以下几个特点：

1、它是一个高性能的有限元前处理软件，可以降低工程分析的时间和成本 ；

2、具有直观的图形用户界面和先进的功能，从而减少学习时间，提高生产率 ；

3、可以直接使用CAD几何数据和现有的有限元模型数据，降低模型开发的成本 ；

4、可以快速自动地生成高质量的网格，从而大大简化复杂几何模型的建模过程。

 Altair HyperForm 集成了性能优异的HyperMesh和高精度、高效率的RADIOSS求解器，是使用增量法的高性能金属板材成形仿真软件，HyperForm可以让工程师，零件设计人员，以及冲模设计人员快速比较冲压零件的多种设计方案。

使用HyperForm设计人员能够发现并改正潜在的冲压工艺和零件设计问题，这样使试验的时间缩短至最少

HyperForm软件具有以下特点：

1、 易于使用的图形用户界面；

2、 快速、准确、强大的仿真功能；

3、 在设计的初始阶段即可检查出冲压问题；

4、 设计更轻，效率更高的零件；

5、 减少试验的时间，获得更高质量的零件。

整个仿真过程中，我们首先对零件的结构模型进行分析，决定其成形工艺，然后通过HyperMesh前处理对其几何模型进行简化处理，再由HyperForm/OneStep一步法获得其初始毛坯形状，根据预先设计的冲压工艺方案，生成冲压模具的有限元模型，最后使用RADIOSS对冲压成形过程进行仿真分析。

2 零件的结构分析及所使用的材料参数

如图一所示零件的几何模型，该支架件结构比较简单，基本属于纯弯曲件。从图中我们还可以看出，该零件模型存在很大的冲压负角，所以采用一次成形是不可能实现的，故采用二次成形。

根据对支架件模型的分析我们可以看出该零件采用简单的二次冲压成形而成，其中一次成形为主要拉伸成形过程，二次成形为简单的弯曲成形，不会存在成形缺陷，所以我们只对第一步拉伸成形行研究。

该零件使用的材料为B510L，其材料参数如表一所示：

除了以上所使用的材料参数意外，我们还要用到自然对数e=2.718，利用以上参数我们可以在软件中建立新的材料模型，以便于我们在分析时使用。

3 有限元模型的建立及原始毛坯成形

3.1 有限元模型的建立

在所有的前期准备工作完成之后，开始建立有限元分析模型，本次分析是采用RADIOSS软件进行仿真分析。

在建立模型之前，我们要使用HyperMesh前处理功能对零件进行简化，针对此零件而言，我们首先要将其形成负角的部分进行简化，从而达到消除负角的效果，然后消除零件上面的孔特征。在前处理完成之后，我们开始建立其有限元模型。在建立完整的有限元分析模型之前，首先要求得零件的原始毛坯形状，其原始毛坯我们可以通过软件自身所带功能中的一步法（HyperForm/OneStep）来获得，这样所得的毛坯形状比较准确，并且简单方便。得到简化后的几何模型和原始毛坯的形状之后，我们开始建立模型，最终得到的凹模与原始毛坯的有限元模型如图二所示。

之后我们通过软件自身的功能来建立凸模以及压边圈（在建立模型的时候我们可以同时将压边圈建立出来，但是在分析的时候我们根据实际需要来决定是否使用压边圈，压边圈的建立对最终的分析结果影响不大），如图三所示为我们完整的有限元分析模型。