基于Dynaform 的汽車翼子板修邊廢料下滑模擬研究

文/彭本棟·奇瑞汽車股份有限公司

在沖壓自動化生產(chǎn)中，修邊廢料下滑不暢一直是影響生產(chǎn)線效率的重要因素之一。我們在模具設(shè)計階段利用Dynaform 軟件真實地模擬了汽車翼子板修邊廢料下滑過程中的狀態(tài)，提前識別出廢料下滑不暢的風(fēng)險點，針對問題點優(yōu)化了修邊工藝方案，保證廢料下滑順暢，減少后期整改風(fēng)險，降低了模具開發(fā)成本。

在沖壓件生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)修邊廢料不下滑的現(xiàn)象（圖1）；特別是自動化生產(chǎn)線，一塊廢料的不下滑都會導(dǎo)致整條生產(chǎn)線停線，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，我公司曾對沖壓車間2018 年生產(chǎn)過程中生產(chǎn)線異常停線的原因進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)修邊廢料不下滑導(dǎo)致的停線占比高達(dá)49%（圖2）。而且如果模具中廢料積存太多，還可能會導(dǎo)致模具損壞，處理廢料時還有可能造成人身傷害?，F(xiàn)代化汽車模具和沖壓生產(chǎn)線的自動化程度越來越高，如何保證修邊廢料順利滑出模具和壓機外，是困擾每個模具制造廠家和主機廠的一道難題。

圖1 翼子板廢料下滑不暢

圖2 生產(chǎn)停線分析

現(xiàn)狀調(diào)查

由于修邊廢料的影響因素較多，導(dǎo)致設(shè)計階段無法準(zhǔn)確驗證出修邊廢料能否順利下滑，只能憑借設(shè)計人員的經(jīng)驗；最終實物能否滑落，只能到生產(chǎn)調(diào)試階段才能得到驗證。若出現(xiàn)修邊廢料不下滑，模具是很難處理的，有時候甚至要報廢模具才能解決。因此必須要從模具設(shè)計源頭上避免廢料不下滑的現(xiàn)象。行業(yè)內(nèi)目前常用的做法是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計按照修邊廢料的最大對角線長度來設(shè)置模具廢料滑槽的高度和寬度（圖3）。但是這種做法由于不考慮修邊廢料的流向，導(dǎo)致模具懸空大，局部強度差；而且會導(dǎo)致工藝復(fù)雜，模具尺寸變大，增加了模具開發(fā)成本。因此如何合理的設(shè)置模具廢料滑槽的高度和寬度，必須考慮修邊廢料的流向。修邊廢料的流向單純憑借經(jīng)驗很難評估準(zhǔn)確，利用有限元仿真軟件模擬是一種很有效的方法。

圖3 模具廢料滑槽設(shè)置的一般方法

本文利用Dynaform 軟件，通過模型的建立及參數(shù)的設(shè)定，較為真實地模擬了翼子板修邊廢料下滑過程中的狀態(tài)，識別出廢料下滑不暢的風(fēng)險點，優(yōu)化修邊廢料的工藝布置方案，保證廢料下滑順暢，減少后期整改風(fēng)險，降低了模具開發(fā)成本。

修邊廢料下滑的仿真模擬

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)我公司前期開發(fā)的沖壓件中汽車翼子板的修邊廢料下滑不暢風(fēng)險最大。為了在新項目開發(fā)中規(guī)避此問題，在汽車翼子板模具結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，利用Dynaform 對修邊廢料下滑進(jìn)行仿真模擬，從理論上找出廢料不下滑的源頭，在設(shè)計階段徹底解決，設(shè)計流程如圖4 所示。

圖4 設(shè)計流程圖

Dynaform 的廢料下滑模擬是一種基于接觸的廢料跌落過程模擬解決方案，幾何模型由CAD 軟件UG 建立，包括下模、三維修邊廢料、修邊線，如圖5 所示。

有限元網(wǎng)格模型的建立

有限元模型的建立是在已有CAD 模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)和必要的簡化，利用Dynaform 前處理器，離散單元采用4 節(jié)點或3 節(jié)點殼單元，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到整個模型的有限元網(wǎng)格，如圖6 所示。整個模型中，節(jié)點總數(shù)為30016，殼單元為28703。

圖5 翼子板修邊廢料幾何模型

圖6 翼子板修邊廢料有限元模型

參數(shù)設(shè)置

在Dynaform 前處理器的“Scrap Shedding/Removal”模塊中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖7 所示。

⑴定義材料模型及單元的屬性。按照產(chǎn)品定義的材料屬性定義廢料模型，本文翼子板材料牌號為B180H1，料厚為0.7mm，材料模型采用彈塑性。

⑵定義接觸。在接觸分析中，由于問題的復(fù)雜性，判斷接觸發(fā)生的方向有時是很困難的，因此分析中應(yīng)盡量使用自動接觸（不需要人工預(yù)接觸方向），本模型選擇*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE。

圖7 翼子板修邊廢料有限元模擬參數(shù)設(shè)置

⑶定義邊界條件。直接調(diào)用Dynaform 中的力的曲線模板。

⑷定義求解時間和輸出文件。

⑸利用ls-dyna 求解器計算。

修邊廢料下滑的仿真模擬

ls-dyna 求解器計算結(jié)束后，便可以進(jìn)行動畫演示，從而可以看到廢料正常模擬重力狀態(tài)滑落，如圖8示。根據(jù)廢料模擬的滑落狀態(tài)，給出修改方案和建議。

圖8 模擬廢料重力狀態(tài)滑落過程

結(jié)束語

我們利用Dynaform 軟件對汽車翼子板廢料下滑進(jìn)行模擬分析，并將模擬結(jié)果和現(xiàn)場情況進(jìn)行對比，模擬結(jié)果基本符合現(xiàn)場。因此借助仿真技術(shù)，對沖壓修邊廢料下滑全過程進(jìn)行模擬分析，可以有效地指導(dǎo)覆蓋件修沖模具廢料滑道的設(shè)計工作，消除后期整改風(fēng)險，縮短模具開發(fā)周期，降低成本。

由于現(xiàn)場廢料的滑落受很多因素的影響，包括廢料的變形、上模刀塊的沖擊力、修邊吃入量等，而且存在很大的不確定性和不穩(wěn)定性，而軟件模擬是相對確定的邊界條件，所以結(jié)果可能會存在偏差，需要后期的對比總結(jié)，摸索出模擬的合理邊界條件，提升仿真模擬精度。