模具工借助LS—Dyna設(shè)計(jì)復(fù)雜拉伸件模具

摘要：拉伸模具是沖壓模具中最復(fù)雜的模具，金屬材料在拉伸模具中塑性變形，被制作成外形復(fù)雜的產(chǎn)品，拉伸過(guò)程中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是起皺或開(kāi)裂；考慮模具工對(duì)于軟件簡(jiǎn)單易于操作的要求， 借助于軟件dynaform，分析產(chǎn)品在成形過(guò)程中可能出現(xiàn)問(wèn)題的部位， 輔助修改模具結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)產(chǎn)品成形過(guò)程可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：實(shí)用；拉伸；Dynaform

我們常見(jiàn)的金屬產(chǎn)品中有很多是桶形、盒形的三面包圍結(jié)構(gòu)零件，這些金屬制品做的很精致、很美觀(guān)，復(fù)雜的形狀給人神奇的感覺(jué)。有的表面有電鍍或者涂裝不同的色彩，有的可能就是金屬材料本色。雖然沒(méi)有經(jīng)過(guò)涂裝等表面處理，但是產(chǎn)品表面依然手感光滑色澤鮮艷。這是因?yàn)橹谱鬟@些產(chǎn)品的模具的功勞，模具需要選用合適的材料，配合合理的工藝，才能做出漂亮的產(chǎn)品。特別是外形復(fù)雜，表面質(zhì)量要求又高的拉伸件。

拉伸成形模的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，需要豐富的設(shè)計(jì)制作經(jīng)驗(yàn)。工藝不合理，模具結(jié)構(gòu)不正確，做出來(lái)的產(chǎn)品就會(huì)有缺陷，有的可能表面起皺，有的可能有擦痕，有的可能有裂紋，甚至有的模具做不出產(chǎn)品來(lái)。模具工作者必須安排合理的工藝工序，制作合理結(jié)構(gòu)的模具來(lái)。拉伸模具形狀復(fù)雜，而且經(jīng)常是需要多付模具才能做出一個(gè)產(chǎn)品。每一付模具就是制作這個(gè)產(chǎn)品的一道工序一個(gè)步驟。對(duì)于一個(gè)模具工來(lái)說(shuō)，能夠首先確定的就是第一工序模具和最后一道工序模具。難點(diǎn)在于中間工序的安排設(shè)計(jì)，要幾道工序，每道工序的結(jié)構(gòu)如何。這是一個(gè)把一張平板金屬材料做到一個(gè)復(fù)雜形狀產(chǎn)品的推理過(guò)程，是從二維到三維的演變。每一步推算都是一個(gè)大膽的設(shè)想。不能擦傷，不能起皺，更不能破裂，直到做出符合外觀(guān)要求和尺寸精度要求的產(chǎn)品。

拉伸模具試做前必須先把必要工序的模具做出來(lái)，然后把板材放到模具中試做，試驗(yàn)?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)是否合理，是否可以做出美觀(guān)的產(chǎn)品，如果產(chǎn)品有缺陷然后再對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，修改往往是幾道工序的模具一起都要修改，牽一發(fā)而動(dòng)全身，前后工序互相影響。這樣反復(fù)試驗(yàn)最后直到做出完美的產(chǎn)品。這個(gè)試驗(yàn)過(guò)程可能很漫長(zhǎng)，因?yàn)樵嚭笮?，修后試，都是時(shí)間的累計(jì)。這個(gè)過(guò)程也有可能很短暫，那就是模具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，第一次試模就直接做出漂亮的產(chǎn)品。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠一步到位，那除了豐富的設(shè)計(jì)制作經(jīng)驗(yàn)，更要細(xì)心，首先判斷必然出現(xiàn)的情況，還要去發(fā)現(xiàn)可能存在的隱患。做出判斷容易，隱患就很難發(fā)現(xiàn)了。而Dynaform正是一款專(zhuān)為模具工設(shè)計(jì)，能夠分析復(fù)雜拉伸成形過(guò)程的模具設(shè)計(jì)制作輔助軟件。

針對(duì)Dynaform軟件的實(shí)用性，借公司實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作過(guò)程為例，展示一個(gè)模具工使用Dynaform軟件在拉伸模具設(shè)計(jì)中的最大實(shí)用功能。

此零件外形尺寸為：長(zhǎng)81，寬56，高29。從外形尺寸來(lái)看，這是一個(gè)很容易拉伸的盒形零件。那么這個(gè)零件是不是就是一付拉伸模具就可以完成呢？實(shí)際并非如此。由于其表面還有復(fù)雜的形狀，有起伏，有凹凸，更有小圓角，還有包邊。 零件中小圓角（R0.5）部位是估計(jì)可能出現(xiàn)破裂的地方。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，可設(shè)定此零件模具工序?yàn)椋?.下料，2.成形，3.整形，4.切邊沖孔，5.翻邊，6.包邊。最后證明工序劃分是正確的。然后就是確定每道工序的模具結(jié)構(gòu)。

對(duì)每道工序分析如下：

1.下料：使用<<模具工借助LS-Dyna展開(kāi)復(fù)雜零件>>中的方法估算坯料尺寸，定制樣板。

2.成形：估計(jì)零件中小圓角部位可能出現(xiàn)破裂，將成形凸模R0.5部位暫改為R1.5。分型面圓角R4。

3.整形：按照零件外形尺寸制作凹模，整出成形凹模圓角所成的分型面圓角R4-R1。

4.切邊沖孔：再次使用<<模具工借助LS-Dyna展開(kāi)復(fù)雜零件>>中的方法估算切邊尺寸，沖孔部位按零件尺寸公差要求沖孔。

5.翻邊。

6.包邊。

現(xiàn)在再用Dynaform軟件對(duì)此零件進(jìn)行拉伸分析，操作步驟如下：

1.導(dǎo)入針對(duì)產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)的凹模曲面圖形，導(dǎo)入產(chǎn)品坯料展開(kāi)外形線(xiàn)條尺寸。

2.編輯零件層，將凹模曲面和坯料外形放到不同的零件層中。

3.對(duì)凹模曲面單元網(wǎng)格化處理，轉(zhuǎn)化為工具單元。

4.使用毛坯生成器將毛坯外框生成毛坯，并定義坯料屬性。

5.使用自動(dòng)設(shè)置定義模具工具，定義坯料，并將模具工具定位到合理的位置。

6.提交方案，進(jìn)行計(jì)算分析。

分析結(jié)果如下圖：

圖中色彩定義為材料的厚度，劃分為（紅色-破裂，黃色-裂紋，綠色-不變，藍(lán)色-起皺，紫色-疊料）。在經(jīng)驗(yàn)分析階段時(shí)估計(jì)零件小圓角部位可能破裂。與Dynaform軟件分析結(jié)果對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)有出入。 Dynaform軟件分析結(jié)果如色彩變化圖顯而易見(jiàn)，估計(jì)部位沒(méi)有破裂，而圖中出現(xiàn)了5處可能破裂的部位（紅色黃色區(qū)域），更加顯示了有可能起皺的部位（藍(lán)色區(qū)域）。實(shí)際試模后發(fā)現(xiàn)， Dynaform軟件分析結(jié)果更接近實(shí)際情況，然后對(duì)模具結(jié)構(gòu)修改，改變成形凸模圓角大小，避免破裂，并加大了四個(gè)頂角邊的壓料力，避免起皺，最終解決了問(wèn)題。

實(shí)踐證明Dynaform軟件比光憑經(jīng)驗(yàn)大有優(yōu)勢(shì)，它顯示直觀(guān)，不用去多角度推算，也不用冥思苦想，只用辨別顏色就可以知道零件拉伸過(guò)程可能出現(xiàn)的問(wèn)題，而且它還往往反應(yīng)了我們憑經(jīng)驗(yàn)考慮不到的地方。同時(shí)在軟件上，在設(shè)計(jì)階段就對(duì)模具進(jìn)行修改，比在試模過(guò)程中對(duì)實(shí)物進(jìn)行修改要方便得多，速度更是不用說(shuō)，最主要是省去了修改費(fèi)用。讓模具工作者能夠處理復(fù)雜的拉伸成形模具一步到位。事半功倍。

作者簡(jiǎn)介：周軍（1985.05- ）男， 模具設(shè)計(jì)與制造 籍貫：江蘇江陰

畢業(yè)于河海大學(xué)（成人本科）并獲得優(yōu)秀畢業(yè)生稱(chēng)號(hào)，就業(yè)與江陰宇豐技研機(jī)械有限公司，負(fù)責(zé)消聲器新品開(kāi)發(fā)，模具設(shè)計(jì)與制造。