大型覆盖件冲压技术内容及技术关键（一）

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　　下面重点介绍冲压成形的CAE技术及其与CAD/CAM技术一体化问题。

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　　1.冲压成形CAE前处理系统冲压成形过程计算机仿真人工干预最多的应数其前处理过程。目前大多数冲压成形的仿真都采用通用的有限元分析前处理软件。这些前处理软件虽然功能很但由于没有考虑薄板冲压成形的特点，使用起来不方便，对不熟悉有限元方法的模具设计师更是如此。最近美国ETA推出了eta/DYNAFORM，在一定程度上考虑了薄板冲压成形的特点。但eta/DYNAFORM是以LS-DYNABD为直接服务对象的，薄板冲压成形的特点利用得并不充分。湖南大学汽车技术实验室最近设计的冲压成形仿真前处理软件系统最大限度地考虑了汽车覆盖件冲压成形的特点，而且是专门为该实验室自己开发的冲压成形专用软件配套的，软件界面充分考虑模具设计师的通用术语和概念，还具备一定的模具与工艺设计数据库。尽管这一系统有待进一步完善，但已显示出极强的实用性和竿先进性。

　　汽车覆盖件冲压成形CAE前处理系统一般来说至少具备如下功能。

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　　1)精确地描述模具的几何形状根据不同仿真软件的要求，模具表面可用解析法表示，也可用有限单元的集合来表示。当用后者时，有限单元网格所代表的几何形状必须与所设计的模具表面形状足够接近，这个近似精度应当是任意可调的。2)对作一形状板料形成任意的网格网格单元一般为三节点三角形单元或四节点四边形单元。应具有产生任意疏密网格的功能，且疏网格区与密网格区应能自动过渡。网格质量应能自动检测与控制。3)模具与板料接触摩擦界面的自动定义和任意的特性参数选择。4)冲头任意运动特性的自动定义。5)压边圈上压延筋和压边力的自动定义。6)板料特性参数的自动定义。7)对模型进行任意修改的功能。8)对模型所包含的全部信息进行图形显示的功能。9)友好的用户界面与帮助功能。

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　　2.冲压成形CAE软件系统冲压成形仿真软件涉及如下几方面的关键技术。(1)模具的几何与力学模型模具的刚度比板料的大得多，所以一般情况下可作刚体来处理。但涉及模具的摩擦磨损时，模具也应作为弹塑性体来考虑。模具的几何形状可用有限元网格来描述，也可用解析面/CAD曲面来描述。后者的几何精度高但要求特别的接触界面处理算法。冲头的运动通常以给定的位移历程或速度历和来描述。压边圈通常只允许在冲压方向运动，而定模的自由度则完全被约束。

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　　(2)板料变形模式与壳体单元目前，几乎所有的覆盖件冲压成形仿真软件都假设板料各处的变形模式符合某种壳体理论，也就是忽略板料厚向应力在成形过程中的影响。然而这个假设常常是不成立的。压筋部分或相对弯曲半径较小的区域的应力更接近三维状态。这种局部三维应力状态对成形过程仿真结果的影响影响已开始引起研究人员的重视。壳体单元以低阶的双线性单元(包括三角形和四边形单元)最为常用。这不仅是因为低阶单元便于计算和接触界面的处理，也因为它们最适合于仿真算法。

　　(3)板料本构模型汽车覆盖件冲压成形所用板材由于轧制过程中的加工硬化等现象而具有明显的正交各向异性。因此在构造板材的准则和流动准则时，考虑这种各向异性重要。同时应当注意的是，冲压成形过程本身会使板料的各向异性发生改变。目前用得最多的应数Barlat模型和Hill模型以及它们的变体。对于薄板冲压成形过程的仿真来说，本构模型中的计算问题也很关键。塑性变形区的应力状态不仅要满足屈服准则。还要满足板壳理论中厚向应力为零的假设，这就为板料塑性变形的计算增加了难度。研究表明平面应力状态下的回映算法具有精度高与计算工作量小的综合优点。 - b) ~* h& E) U+ w

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