计算机辅助冲压钣金件展开及排样设计

由于冲压件具有重量轻，易成型和成本低等独特优点，冲压件的比例日益增加。冲压工艺设计的两个重要环节就是坯料展开和排样下料，如何迅速、精确的设计不仅能够节约原材料，而且可以提高成形质量和生产率。传统设计方法是人工采用作图法和凭实践经验来进行，不仅效率低。而且误差大，成本高，已很难满足产品周期日益缩短的要求。因此。研究开发冲压零件的展开及自动排样技术，具有重要的意义。但是冲压成形过程中材料的塑性变形为机理较复杂，目前还没有很好的方法来精确地计算毛坯形状。比较常用的方法有经验法、滑移线法、势场模拟法、几何映射法、计算机辅助绘图法、有限元法等等。这些方法各有特点，且应用范围受到一定的限制。就目前而言，对于复杂板金零件的毛坯展开计算，有限元法是一种计算精度高，时间短的相对较好的方法。

1 零件展开及排样设计流程

基于DYNAFORM的冲压零件展开及排样设计流程如图1所示：第一，建立冲压零件的CAD模型；第二，将CAD模型导入DYNAFORM建立有限元模型，进行有限元的前处理、有限元分析和仿真结果分析。

2 三维建模

建立冲压件的CAD模型，有两种方式，一种是运用DYANFORM的前处理功能直接建立(建模效率不高)；另一种是运用3D软件(如UG、Pro/e、catia等)建立零件的实体模型，然后将零件中性层曲面面模型以一定的数据格式(如iges、prt、dxf文件等)导入DYAN-FORM。H1通常零件展开取中性面来计算，但由于越复杂的零件中性层位置较难确定，本文采用中间层代替中性层，中间层由实体模型的上(或下)表面向下(或上)偏移零件的半个厚度得到，得到的中间层模型如图2。

3 运用DYNAFORM展开排样

3.1 网格的划分与修正

将中间层曲面通过DYNAFORM/BSE模块导入并进行网格划分，划分前首先对网格参数进行设置，主要是单元的类型和单元的大小(这里主要采用四边形单元，单元大小为5mm)划分模型，划分后给出网格质量信息。根据信息找出质量不好的网格，利用修补工具调整网格(这里利用修改单元工具来消除存在的质量问题)达到完善网格质量。如图3所示左图高亮处为质量差单元右图为修改好的单元，经过一系列修正得、到最终有限元模型如图4所示。

3.2 求取坯料外型

首先进行成形参数的设置(包括零件的材料，零件的厚度，以及采用的求解器)，该冲压件采用ST16材料，厚度1.0mm，求解器采用修正一步成形法(MSTP)。经过30秒仿真(硬件配置CPU 1.3G，内存768M)计算后得到如图5所示的坯料外形，将其与实际使用及其他方法展开到得到的坯料外形对比，结果大致相当，且对某些复杂零件计算结果还更加精确。

3.3 利用展开的坯料外形进行排样

排样前设置排样参数(最小工艺搭边值莉排样布置方式)，根据零件的外形及材料性质查模具设计手册得到搭边值工件间为1.5mm，沿边1.8mm，布置方式考虑到模具结构采用单排)计算后得到几种排样方案，在其中选择材料利用率最高的方案(81.22％)作为最后的排样结构如图6所示。

4 结论

运用DYNAFORM进行冲压零件展开排样设计。过程简单，展开得到的毛坯形状与实际情况能很好的吻合，而且运算时间短，同其他的展开方法相比，该方法应用到冲压件的早期设计阶段。缩短产品设计周期，而且DYNAFORM功能强大，能进一步地对材料冲压成形过程进行数值模拟，根据模拟结果指导冲压模具设计。