基于Dynaform 的汽车翼子板修边废料下滑模拟研​究

导读：在冲压自动化生产中，修边废料下滑不畅一直是影响生产线效率的重要因素之一。我们在模具设计阶段利用Dynaform 软件真实地模拟了汽车翼子板修边废料下滑过程中的状态，提前识别出废料下滑不畅的风险点，针对问题点优化了修边工艺方案，保证废料下滑顺畅，减少后期整改风险，降低了模具开发成本。

在冲压件生产过程中，经常会出现修边废料不下滑的现象（图1）；特别是自动化生产线，一块废料的不下滑都会导致整条生产线停线，严重影响了生产效率，我公司曾对冲压车间2018 年生产过程中生产线异常停线的原因进行统计分析，发现修边废料不下滑导致的停线占比高达49%（图2）。而且如果模具中废料积存太多，还可能会导致模具损坏，处理废料时还有可能造成人身伤害。现代化汽车模具和冲压生产线的自动化程度越来越高，如何保证修边废料顺利滑出模具和压机外，是困扰每个模具制造厂家和主机厂的一道难题。

图1 翼子板废料下滑不畅

图2 生产停线分析

现状调查

由于修边废料的影响因素较多，导致设计阶段无法准确验证出修边废料能否顺利下滑，只能凭借设计人员的经验；最终实物能否滑落，只能到生产调试阶段才能得到验证。若出现修边废料不下滑，模具是很难处理的，有时候甚至要报废模具才能解决。因此必须要从模具设计源头上避免废料不下滑的现象。行业内目前常用的做法是模具结构设计按照修边废料的最大对角线长度来设置模具废料滑槽的高度和宽度（图3）。但是这种做法由于不考虑修边废料的流向，导致模具悬空大，局部强度差；而且会导致工艺复杂，模具尺寸变大，增加了模具开发成本。因此如何合理的设置模具废料滑槽的高度和宽度，必须考虑修边废料的流向。修边废料的流向单纯凭借经验很难评估准确，利用有限元仿真软件模拟是一种很有效的方法。

图3 模具废料滑槽设置的一般方法

本文利用Dynaform 软件，通过模型的建立及参数的设定，较为真实地模拟了翼子板修边废料下滑过程中的状态，识别出废料下滑不畅的风险点，优化修边废料的工艺布置方案，保证废料下滑顺畅，减少后期整改风险，降低了模具开发成本。

修边废料下滑的仿真模拟

经调查发现我公司前期开发的冲压件中汽车翼子板的修边废料下滑不畅风险最大。为了在新项目开发中规避此问题，在汽车翼子板模具结构设计阶段，利用Dynaform 对修边废料下滑进行仿真模拟，从理论上找出废料不下滑的源头，在设计阶段彻底解决，设计流程如图4 所示。

图4 设计流程图

Dynaform 的废料下滑模拟是一种基于接触的废料跌落过程模拟解决方案，几何模型由CAD 软件UG 建立，包括下模、三维修边废料、修边线，如图5 所示。

有限元网格模型的建立

有限元模型的建立是在已有CAD 模型的基础上进行适当和必要的简化，利用Dynaform 前处理器，离散单元采用4 节点或3 节点壳单元，进行网格划分，得到整个模型的有限元网格，如图6 所示。整个模型中，节点总数为30016，壳单元为28703。

图5 翼子板修边废料几何模型

图6 翼子板修边废料有限元模型

参数设置

在Dynaform 前处理器的“Scrap Shedding/Removal”模块中进行参数设置，如图7 所示。

定义材料模型及单元的属性。按照产品定义的材料属性定义废料模型，本文翼子板材料牌号为B180H1，料厚为0.7mm，材料模型采用弹塑性。

定义接触。在接触分析中，由于问题的复杂性，判断接触发生的方向有时是很困难的，因此分析中应尽量使用自动接触（不需要人工预接触方向），本模型选择*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE。

图7 翼子板修边废料有限元模拟参数设置

定义边界条件。直接调用Dynaform 中的力的曲线模板。

定义求解时间和输出文件。

利用ls-dyna 求解器计算。

修边废料下滑的仿真模拟

ls-dyna 求解器计算结束后，便可以进行动画演示，从而可以看到废料正常模拟重力状态滑落，如图8示。根据废料模拟的滑落状态，给出修改方案和建议。

图8 模拟废料重力状态滑落过程

结束语

我们利用Dynaform 软件对汽车翼子板废料下滑进行模拟分析，并将模拟结果和现场情况进行对比，模拟结果基本符合现场。因此借助仿真技术，对冲压修边废料下滑全过程进行模拟分析，可以有效地指导覆盖件修冲模具废料滑道的设计工作，消除后期整改风险，缩短模具开发周期，降低成本。

由于现场废料的滑落受很多因素的影响，包括废料的变形、上模刀块的冲击力、修边吃入量等，而且存在很大的不确定性和不稳定性，而软件模拟是相对确定的边界条件，所以结果可能会存在偏差，需要后期的对比总结，摸索出模拟的合理边界条件，提升仿真模拟精度。

作者简介

彭本栋，冲压工装科经理，工程师。主要从事冲压新品模具开发、新技术及新工艺导入等工作。发表过论文4篇，发明专利3 项，实用新型专利3 项。

—— 来源：《锻造与冲压》2019年第18期