CN105183932A - 一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，包括以下步骤：步骤1：构建模具模型：步骤2：对步骤1构建的模具模型进行网格划分；步骤3：在有限元软件Dynaform中对模具的板料进行网格划分，设置冲压过程参数与模具的材料属性参数；步骤4：利用有限元前处理软件hypermesh对凸模、凹模、压料板的运动状态进行设置，并且对模具进行弹性体化设置，完成对冲压过程的有限元仿真，得到模具的应力应变结果以及板料成型结果。该方法相比于现有技术，在进行板料成形数值仿真时将模具设为弹塑性变形体，考虑了模具变形对板料成形数值仿真的影响，建立精度更高、更加适合先进高强钢板冲压数值模拟的分析方法。

Description

一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法

技术领域

本发明书属于汽车覆盖件冲压模具技术领域，特别涉及一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法。

背景技术

随着现代汽车的发展，人们对汽车安全性和燃油经济性有了新的要求。先进高强度钢板具有较高的强度和延伸率，适用于汽车工业关于轻量化、碰撞安全性的要求，在车身中应用更加广泛。传统普通板材的冲压CAE仿真计算中，由于板料的成型力对模具的变形影响很小，模具一般被视为刚性体模型也可以获得较高的计算精度。然而先进高强钢板由于屈服强度高，使得所需的成型力增大、模具受力增加，由此产生的模具变形对先进高强钢板成型的影响不容忽视。针对先进高强钢板的冲压数值模拟分析，由于数值模拟精度降低，使得数值模拟对冲压工艺的指导优化作用下降，增加了模具调试工作量，降低了生产效率。

通过对国内外公开发表的文献和专利进行检索，现有技术中相关的专利有“冲压模具结构分析数值模拟方法”(专利号：200710040000.4)，该专利提供一种冲压模具结构分析数值模拟方法，侧重于模具的结构分析。该专利先用刚体化模具进行板料成形数值分析，得到板料与模具之间的接触应力，通过一定的载荷映射算法，将接触应力映射到模具体上，进行冲压模具结构分析，得到模具的应力应变结果。这种技术存在如下缺点：(1)没有考虑板料成形过程中模具变形对板料成形的影响；(2)在进行板料数值模拟分析时没有将模具视为弹塑性变形体。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的传统钢板冲压将模具体为刚性体的分析方法中，由于忽略了模具变形对成形性的影响，对于高强钢冲压CAE精度不高的问题，提供了一种考虑模具变形的先进高强钢板冲压计算机仿真方法，通过将模具体视为弹塑性体，在冲压过程中考虑模具变形对先进高强钢板成形性的影响，建立精度更高、更加适合先进高强钢板冲压数值模拟的分析方法。

一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，包括以下步骤：

步骤1：构建模具模型：

基于模具受力对模具结构进行简化，并利用模具变形产生的实际拉延间隙值偏置拉延型面，用偏置后的型面裁剪上模，建立具有实际凸凹模间隙的模具模型；

步骤2：对步骤1构建的模具模型进行网格划分；

对模具模型进行有限元三维网格划分，并将划分后的模具导入有限元软件Dynaform中；

其中，网格尺寸范围为2-10mm；

步骤3：在有限元软件Dynaform中对模具的板料进行网格划分，板料单元模型采用BT壳单元，厚度方向积分点为7个，设置冲压过程参数与模具的材料属性参数；

步骤4：利用有限元前处理软件hypermesh对凸模、凹模、压料板的运动状态进行设置，并且对模具进行弹性体化设置，完成对冲压过程的有限元仿真，得到模具的应力应变结果以及板料成型结果。

所述步骤1中，利用模具变形产生的实际拉延间隙值偏置拉延型面，所述拉延间隙按照1.1倍的板料料厚取值

所述步骤2中对模具进行有限元网格划分时，采用局部网格加密技术保证细微型面网格单元的符型性，保证凸凹模圆角有三个以上的单元。

所述步骤4中凸模、凹模、压料板的运动状态的控制实现过程如下：

凸模的状态，通过限制凸模最底层单元6个自由度实现；

凹模与压料板的状态通过限制最上层单元x、y方向的平动自由度实现。

所述模具的弹性体化设置过程通过修改Ls-dyna关键字完成，具体如下：

在KEY文件中增加体单元控制关键字：*CONTROL_SOLID；增加弹塑性模型关键字*MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC，替换刚体模型关键字Rigid-body；定义关键字*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_SET来控制弹塑性体工具的运动。

有益效果

本发明提出了一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，包括以下步骤：步骤1：构建模具模型：步骤2：对步骤1构建的模具模型进行网格划分；步骤3：在有限元软件Dynaform中对模具的板料进行网格划分，板料单元模型采用BT壳单元，厚度方向积分点为7个，设置冲压过程参数与模具的材料属性参数；步骤4：利用有限元前处理软件hypermesh对凸模、凹模、压料板的运动状态进行设置，并且对模具进行弹性体化设置，完成对冲压过程的有限元仿真，得到模具的应力应变结果以及板料成型结果。

该方法相比于现有技术，在进行板料成形数值仿真时将模具设为弹塑性变形体，考虑了模具变形对板料成形数值仿真的影响，建立精度更高、更加适合先进高强钢板冲压数值模拟的分析方法，其优点具体如下：

(1)建立更接近实际冲压条件的仿真计算模型，得到更加精确的考虑模具变形的板料成型仿真结果，为先进高强钢板冲压成型的工艺设计、模具设计提供更具价值的参考依据；(2)得到更加精确的板料应力场结果，提高了零件回弹的仿真计算精度；(3)获得模具的应力应变状态，为探究模具受力提供参考。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图；

图2为模具爆炸图；

图3为弹性工具体板料成型图；

图4为刚性工具板料成型图；

图5为实际冲压零件图。

具体实施方式

下面将结合实例与附图做进一步的说明。

如图1所示，一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，包括以下步骤：

步骤1：构建模具模型：

基于模具受力对模具结构进行简化，并利用模具变形产生的实际拉延间隙值偏置拉延型面，用偏置后的型面裁剪上模，建立具有实际凸凹模间隙的模具模型；

步骤2：对步骤1构建的模具模型进行网格划分；

对模具模型进行有限元三维网格划分，并将划分后的模具导入有限元软件Dynaform中；

其中，网格尺寸范围为2-10mm；

步骤3：在有限元软件Dynaform中对模具的板料进行网格划分，板料单元模型采用BT壳单元，厚度方向积分点为7个，设置冲压过程参数与模具的材料属性参数；

步骤4：利用有限元前处理软件hypermesh对凸模、凹模、压料板的运动状态进行设置，并且对模具进行弹性体化设置，完成对冲压过程的有限元仿真，得到模具的应力应变结果以及板料成型结果。

以某DP780先进高强钢前纵梁零件及其拉延模具为例，板料料厚为1mm。

简化对模具受力变形影响较小的部位，如部分标准件及其安装台，让空以及直径小于50mm的孔洞。按实际拉延间隙值偏置拉延型面，拉延间隙按照1.1倍的板料料厚取值，将型面偏置1.1mm。

用偏置后的型面裁剪上模，建立实际凸凹模间隙。划分模具体有限元三维网格，网格大小为10mm，最小为2mm，采用局部网格加密技术保证细微型面网格单元的符型性，保证凸凹模圆角有三个以上的单元，并导入Dynaform有限元软件。

图2为模具爆炸图。在Dynafrom软件中划分板料网格，板料单元模型采用BT壳单元，厚度方向积分点为7个，定义拉延筋系数、压边力等冲压工艺参数；定义模具体运动载荷边界条件，其中凹模与压料板的运动速度为1000mm/s，冲压过程分为三个阶段：1、压料阶段：压料板与凹模下行20mm，凹模与压边圈闭合；2、压料板闭合阶段：压料板、凹模、压边圈下行30mm，压料板到底。3、模具闭合阶段：凹模与压边圈继续下行30mm，拉延结束。

输出前处理产生的Ls-dyna关键字文件导入hypermesh有限元前处理软件，定义弹塑性体模具体，并提交计算，该关键字文件包括模型网格信息、运动参数、材料属性等所有信息。

计算得到模具的应力应变结果以及板料冲压成型结果。凸模、凹模、压料板最大等效应力分别为286Mpa、296Mpa、253Mpa，凸模、凹模、压料板Z向弹性变形分别为0.25mm、0.1mm、0.08mm。

图3与图4中的英文分别表示板料成型结果，crack表示破裂区，riskofcrack表示即将破裂区域，safe表示安全区域即成型结果良好，wrinkletendency表示具有起皱趋势的区域，wrinkle表示拉延起皱区域，severewrinkle表示严重起皱区域，insufficientstretch表示拉延不充分区域。

通过图3、图4、图5相同区域的拉延结果对比可知，将工具体设置为弹塑性之后得到的成型结果更接近实际零件的冲压结果，因此数值模拟具有更高的精度。

Claims (5)

1.一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建模具模型：

基于模具受力对模具结构进行简化，并利用模具变形产生的实际拉延间隙值偏置拉延型面，用偏置后的型面裁剪上模，建立具有实际凸凹模间隙的模具模型；

步骤2：对步骤1构建的模具模型进行网格划分；

对模具模型进行有限元三维网格划分，并将划分后的模具导入有限元软件Dynaform中；

其中，网格尺寸范围为2-10mm；

步骤3：在有限元软件Dynaform中对模具的板料进行网格划分，板料单元模型采用BT壳单元，厚度方向积分点为7个，设置冲压过程参数与模具的材料属性参数；

步骤4：利用有限元前处理软件hypermesh对凸模、凹模、压料板的运动状态进行设置，并且对模具进行弹性体化设置，完成对冲压过程的有限元仿真，得到模具的应力应变结果以及板料成型结果。

2.根据权利要求1所述的一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，其特征在于，所述步骤1中，利用模具变形产生的实际拉延间隙值偏置拉延型面，所述拉延间隙按照1.1倍的板料料厚取值

3.根据权利要求1所述的一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，其特征在于，所述步骤2中对模具进行有限元网格划分时，采用局部网格加密技术保证细微型面网格单元的符型性，保证凸凹模圆角有三个以上的单元。

4.根据权利要求1所述的一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，其特征在于，所述步骤4中凸模、凹模、压料板的运动状态的控制实现过程如下：

凸模的状态，通过限制凸模最底层单元6个自由度实现；

凹模与压料板的状态通过限制最上层单元x、y方向的平动自由度实现。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种考虑模具变形的冲压计算机仿真计算方法，其特征在于，所述模具的弹性体化设置过程通过修改Ls-dyna关键字完成，具体如下：

在KEY文件中增加体单元控制关键字：*CONTROL_SOLID；增加弹塑性模型关键字*MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC，替换刚体模型关键字Rigid-body；定义关键字*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_SET来控制弹塑性体工具的运动。