基于AutoForm4.6的汽车钣金件成形分析技术探讨

许红伍　王洪磊

摘要：汽车钣金件的成形分析软件很多，文章借助其中之一的AutoForm4.6软件对某个汽车钣金件进行了成形模拟分析，对成形的参数设定及成形结果都进行了阐述，最终确认了此汽车钣金件所需要的成形参数，为之后的模具设计提供了很好的依据。

关键词：AutoForm4.6；成形分析技术；汽车钣金件；冲压；成形参数 文献标识码：A

中图分类号：TG385 文章编号：1009-2374（2015）29-0084-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.042

1 概述

成形分析模拟技术，简单点说就是将板料的模具与工艺条件输入到分析软件，通过软件模拟变形全过程，从而判断模具和工艺方案的合理性。每一次的仿真等同于一次试模过程，因此成形分析软件在钣金件的成形设计过程中备受推崇。钣金件最为典型的是汽车钣金件。当前，汽车钣金件的模具设计与制造离不开高效的成形模拟软件。现有的成形模拟软件很多，在国外，有德国的AutoForm、美国eta公司的Dynaform、法国ESI集团的PAM系列软件，国内有北航的SheetForm、华中科技大学的Vform等。与上述提及的软件相比，AutoForm的优势主要体现为：界面友好、易学易用、能更快完成求解、对一些复杂的工程应用也能得到可靠的结果等。AutoForm的版本在不断更新，功能和界面友好性都在不断提高，4.0版本以后引入了一个全工序模具设计的概念，模拟的最终结果与产品一致。AutoForm4.6版本较之前4.0版，智能性和易操作性又上了一个台阶。本文将运用autoform4.6软件分析某汽车钣金件的成形过程与结果。

2 成形分析案例

图1 模拟效果图

钣金件模拟效果图见图1，主要涉及拉深与切边工艺。此钣金件是汽车上的一个覆盖件，形状相对复杂，结构尺寸变化也较大，有较高的表面质量要求，曲面多，配合协调性高。在成形时，不仅要控制外形尺寸和结构，还要特别控制板料的变薄情况和起皱现象。

2.1 成形条件

此钣金件的材料为GMW3032M-ST-S-340LA-UNCOATED-U，这是一种低合金高强度钢，板厚0.8。成形时，摩擦系数0.15，材料性能见图2：

图2 材料性能

采用一次拉深成形，理论成形压力305t，压边力90t，压边圈行程70mm，选用400t压力机，毛坯尺寸1250mm*390mm。

采用双动拉深，冲压方向及拉延筋范围见图3，模具的冲头和压料板都设定在上模部分。拉延筋的设置很重要，当模拟结果不理想时，可以重新设置拉延筋参数，在本例中，设置的拉延筋的形状为圆弧形，半径为3mm，详细参数见图3所示：

图3 冲压方向和拉延筋形状

目前，Autoform4.6采用的等效拉延筋，即将拉延筋复杂的几何形状抽象为一条能承受一定力的附着在模具表面的拉延线，对表示拉延筋的线施加阻力来代替实际拉延筋。板料及拉延筋的中心线见图4所示：

图4 板料及拉延筋中心线

2.2 板料的成形过程

板料成形在autoform4.6中的分析流程如下：导入模型；利用软件提供的网格划分工具对板料、凸模、凹模、压边圈进行网格的自动划分，自动检查并修正网格缺陷等；定义板料、凸模、凹模和压边圈的属性以及相应的工艺参数，包括摩擦系数、接触类型和压边线等；调整板料、凸模、凹模、压边圈之间的相互位置；设置分析参数，然后求解。具体的操作过程在这里就不再赘述。板料的成形过程如图5所示：

图5 成形过程

这里截取了成形过程的6个状态，通过这6个状态可以比较直观地对比板料的变形过程。

2.3 模拟结果

成形极限图FLD是模拟结果分析的重要部分。成形极限图见图6所示：

图6 成形极限图

在金属板材成形性能模拟中，确定变形过程中的应力与应变分布是十分重要的，FLD曲线是由板料在不同应变路径下的局部失稳极限应变ε构成的条带形区域或曲线，它是判断和评定金属薄板成形性最为简单和直观的方法，通过分析零件变形大小与成形极限的关系，可以确定零件冲压成形的危险部位并判断材料使用是否合理，有助于科学评估板材对零件的实际成形效果，是解决板材冲压问题的一个非常有效的工具，同时也是对冲压工艺成败的一种判断曲线。从FLD图中可以看出此次拉深基本是安全的，绝大部分点在极限曲线范围内，无起皱现象，但存在一定的拉破风险。

成形模拟的结果如图7，在图7中，绿色显示部分表示拉深安全区域，紫色区域表示有压应力，有起皱的可能，但起皱部分最后会被切边工序切掉，无厚度过薄及破例现象。

图7 成形模拟结果

最后，再看看成形厚度分布云图，见图8所示：

图8 成形厚度分布云图

从成形厚度分布云图中可以看到任意位置的厚度，从图8中可以发现基本是合理的。

通过对模拟结果的分析，可以发现本次模拟参数是很有参考价值的，这点在后阶段的模具开发过程中得到了验证。

3 小结

通过Autoform成形分析，可以帮助设计人员验证成形参数，也可以加强设计人员对本产品及类似产品的成形工艺的认识，很大程度地提高了模具设计的效率，为之后的模具设计及成形参数调整打下了很好的基础。

在运用Autoform软件分析产品成形工艺时，常常会遇见模拟结果不如意的情况，这时，大家就需要灵活地调整自己的模拟参数，如压边力、毛坯大小、拉延筋等。

4 结语

Autoform软件在不断更新，功能也越发强大，分析的可靠性也更好。Autoform分析可以为我们的模具设计及试模提供一些参考，很大程度上节约了产品开发周期，Autoform小巧、计算快、操作简单，在汽车钣金件成形方面有很大的优势，值得推广应用。

参考文献

[1] 宫晓峰，于仁萍.基于Autoform汽车后围上盖板拉延成形模拟应用[J].锻压技术，2014，39（4）.

[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）.

[3] 刘细芬，黄华艳.基于AutoForm的汽车覆盖件冲压成形仿真技术研究[J].中国农机化，2010，229（3）.

作者简介：许红伍（1977-），男，湖北仙桃人，供职于苏州健雄职业技术学院中德工程学院，硕士，研究方向：板料成形分析及模具设计。

（责任编辑：秦逊玉）