基于SolidWorks平台的板料成形参数化模拟技术

引言

    拉延、修边、翻边是冲压件成形中的重要工序，而实际生产过程中要改善产品成形性和提高产品质量则必须通过反复的试模，这不仅增加了产品开发周期和生产成本，而且效率低，产品质量也得不到保证。通过有限元数值模拟技术预测成形过程中的起皱、破裂和回弹等缺陷，已经成为企业提高产品质量、降低生产成本的重要途径。

    目前DYNAFORM、AUTOFORM等商用软件已在板料成形领域得到了重要应用。这些软件自身只具备简单的CAD造型功能，一般都是通过导入通用格式(如IGES、STL)的CAD模型文件建立有限元分析模型。由于CAD和CAE系统的不完全兼容性，这种传统的导入数据文件的方式在数据交换时，会导致严重的特征丢失和精度损失，并且使得企业的CAE驱动设计需求难以实现。因此，开发一套具有强大的参数化设计和模拟功能的CAD/CAE集成软件系统，对于冲压件产品设计与模具设计意义重大。

    本文以环境为底层平台，开发了面向冲压件的板料成形全工序同步模拟CAD/CAE集成软件系统SW-FAX。系统求解器基于BT壳单元和有限元动力显式算法，考虑了真实的摩擦、压边力以及拉深筋、切口线等实际工艺条件，具备冲压工艺全流程模拟功能，包括拉延、切边、冲孔、修边、整形以及回弹。同时，通过建立坯料网格与工具网格的参数化关联、工艺参数之间的参数化关联、设计模型与分析模型的参数化关联，避免了传统CAE分析软件中因为设计模型和工艺参数的变更导致重复建立分析模型的问题，极大的提高了冲压成形模拟的效率和精度。通过某企业生产的烤箱上盖的成形性分析进一步验证了系统的实用性。

1 网格的参数化更新

    网格参数化是指通过建立网格与剖分参数的参数化关联关系，实现坯料网格和工具网格与凹模圆角、网格加密级别之间的自动参数化更新。

    1.1 坯料网格的参数化

    因为只有当凹模圆角尺寸与初始板料网格单元尺寸相匹配时，系统才能准确模拟板料流过工具圆角的过程，同时保证有限元计算的效率，所以坯料网格单元尺寸应随着凹模圆角尺寸和网格加密级别的改变而改变。根据冲压成形模拟经验，当有5个坯料单元可以包过圆心角为90°的凹模圆角时，冲压成形模拟精度就可以得到保证，由此原则，可推导出坯料网格单元尺寸与凹模圆角和加密级别的关联关系为：

    式中L——坯料网格单元尺寸