基于AutoForm的汽車(chē)推桿支架毛坯及排樣設(shè)計(jì)

謝 杰，曹 勛

(1.常州大學(xué)懷德學(xué)院，江蘇 靖江 214500；2.常州星宇車(chē)燈股份有限公司，江蘇 常州 213000)

0 引言

沖壓制件的質(zhì)量和精度不僅與沖壓件自身的結(jié)構(gòu)、材料有關(guān)，還與制件毛坯的形狀及尺寸密切相關(guān)[1]。本文研究的汽車(chē)車(chē)身推桿支架的成形主要包含落料、沖孔、翻邊三個(gè)工序，翻邊作為該零件的最后一道工序，意味著該制件不再有其他修邊工序來(lái)保證零件的尺寸，那么確定零件的毛坯外形尺寸的落料工序就顯得非常重要。通常，毛坯的外形尺寸首先由設(shè)計(jì)人員初步理論估算，然后通過(guò)不斷的工藝調(diào)試來(lái)確定最終的落料輪廓線。雖然采用上述傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法可獲得符合產(chǎn)品精度的毛坯外形尺寸，但生產(chǎn)制造周期較長(zhǎng)、成本較高，結(jié)果也不準(zhǔn)確。隨著沖壓模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展，各式各樣的有限元仿真軟件得以應(yīng)用，AutoForm R7作為一款鈑金沖壓成型專用分析軟件被廣泛地應(yīng)用于沖壓生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中。利用AutoForm R7軟件確定制件毛坯外形尺寸，可以縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高沖壓件毛坯外形尺寸的精度[2]。

1 AutoForm軟件概述

目前，AutoForm、Dynaform、PressCAD等分析軟件被廣泛應(yīng)用于模具輔助設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中[3,4]。其中，AutoForm軟件是應(yīng)用比較廣泛的一款軟件，不僅可以實(shí)現(xiàn)制件毛坯外形尺寸的計(jì)算、對(duì)展開(kāi)圖進(jìn)行自動(dòng)排樣，還能模擬沖壓成型過(guò)程，分析成型過(guò)程中可能存在的缺陷，為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)參考。利用其Form check(Formchk)模塊可以直接得出毛坯的輪廓線，相較于其他分析軟件更為方便快捷。AutoForm軟件主要包括前處理和后處理兩大部分，其中毛坯尺寸計(jì)算和排樣的具體的步驟為：產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入→設(shè)置參數(shù)(沖壓方向、材料及厚度)→毛坯外形尺寸計(jì)算→設(shè)置排樣的搭邊值等→得出排樣圖和材料利用率。

2 計(jì)算汽車(chē)車(chē)身推桿支架毛坯外形尺寸

2.1 產(chǎn)品分析

汽車(chē)車(chē)身推桿支架三維數(shù)模如圖1所示。該沖壓件的成形主要包括落料、沖孔、翻邊三個(gè)工序。毛坯的外形尺寸和輪廓主要是由翻邊部位決定的，制件的翻邊角度為90°，翻邊線主要是由圓弧和直線組成，圓弧處可以看作是曲線翻邊，其余為直線翻邊，直線翻邊處的展開(kāi)圖可以較容易地獲得，而曲線翻邊處的展開(kāi)圖由于沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算方法，所以較難獲得精確的毛坯外形尺寸，因此采用AutoForm軟件對(duì)其展開(kāi)計(jì)算。

圖1 汽車(chē)車(chē)身推桿支架三維數(shù)模

2.2 產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入

沖壓制件的三維數(shù)模既可以以實(shí)體形式導(dǎo)入AutoForm軟件，在AutoForm軟件中抽取為片體；也可以在UG等三維軟件中對(duì)沖壓制件的三維數(shù)模進(jìn)行抽取中性面，然后再導(dǎo)入AutoForm軟件中。

本文將汽車(chē)車(chē)身推桿支架三維數(shù)模直接導(dǎo)入AutoForm軟件中，抽取零件的中間層，如圖2所示。

圖2 汽車(chē)車(chē)身推桿支架中間層

2.3 設(shè)置相關(guān)參數(shù)

設(shè)置模具的壓力中心為零件幾何中心，設(shè)置材料為SAPH440，其抗拉強(qiáng)度≥440 MPa，厚度為3.2 mm。

2.4 毛坯外形尺寸計(jì)算

利用Form check(Formchk)模塊計(jì)算沖壓件的毛坯外形尺寸，結(jié)果如圖3所示。

圖3 汽車(chē)車(chē)身推桿支架毛坯展開(kāi)圖

3 排樣

相比傳統(tǒng)排樣方式的確定過(guò)程，利用AutoForm軟件進(jìn)行自動(dòng)排樣，具有方便快捷、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。AutoForm軟件不僅可以實(shí)現(xiàn)多角度單排、雙排、鏡像排等多種自動(dòng)排樣方式，還能同步計(jì)算材料利用率、價(jià)格及重量等。

根據(jù)沖壓件的外形、材料的種類及厚度，查《沖壓模具簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》[5]，得到工件間的搭邊值為2.2 mm，側(cè)搭邊值為2.5 mm。將搭邊參數(shù)輸入軟件中，排樣方式選擇(0°，30°，90°)單排和雙排，得到排樣圖如圖4、圖5所示。

圖4 多角度單排排樣圖

在AutoForm軟件中同步獲取各種排樣的材料利用率，如表1所示。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知，雙排的材料利用率均高于單排的材料利用率，其中選擇雙排角度為30°時(shí)材料的利用率最高(70.18%)。

表1 各種排樣材料利用率 %

將由AutoForm軟件生成的圖5(b)30°雙排排樣圖另存為igs文件，導(dǎo)出至UG標(biāo)注尺寸，得到最后排樣設(shè)計(jì)圖，如圖6所示。

圖5 多角度雙排排樣圖

圖6 30°寬115 mm排樣圖

4 結(jié)論

本文利用AutoForm軟件計(jì)算汽車(chē)車(chē)身推桿支架的毛坯形狀和尺寸，并對(duì)其進(jìn)行排樣優(yōu)化?？梢缘玫揭韵陆Y(jié)論：

(1)利用AutoForm軟件自動(dòng)求解毛坯的展開(kāi)尺寸，可以提高毛坯的尺寸精度，尤其是對(duì)于復(fù)雜沖壓件的毛坯展開(kāi)圖而言，使得理論計(jì)算的毛坯尺寸與實(shí)際接近，可縮短現(xiàn)場(chǎng)試模周期，降低生產(chǎn)成本，為模具設(shè)計(jì)和制造提供重要的參考。

(2)在搭邊值一定的條件下，不同傾斜角度的單排與雙排排樣，材料的利用率不同。采用AutoForm軟件計(jì)算不同傾斜角度的單排與雙排排樣的材料利用率，快捷方便，最終得出當(dāng)傾斜角度為30°雙排、條料寬度115 mm時(shí)，材料的利用率最高。