摘要：如今，冲压件在机械行业中占有相当大的比重。随着机械工业的快速发展，对冲压件的需求逐渐增加，对成形质量也提出了要求。本文利用HyperForm软件实现了冲压件的冲压工艺模拟和工艺优化设计，最终得到一个成型良好的冲压件产品。关键词：毛坯延伸支架优化设计HyperForm RADIOSS前言众所周知，汽车冲压件的生产是汽车制造中非常重要的一部分，如车身、车架、车厢等。都是钢板冲压而成。据统计，制造一辆普通汽车平均需要1500个左右的冲压件。近年来，在汽车冲压件领域，随着新车型的推出、旧车型的更新换代以及国内外整车和零部件生产规模的不断扩大，需求量也在不断增加。因此，围绕获得新的供应渠道，拥有先进技术的世界冲压件制造商和具有成本竞争力的国内冲压件制造商正在加强各自的业务领域，加快冲压件生产体系的建设。随着市场竞争的日益激烈，人们对冲压件成形质量的要求越来越高。本文利用Altair的HypeForm软件对冲压件的成形过程进行了研究。1软件介绍Hyperworks软件是美国Altair公司的产品。它是世界领先、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台。它集成了设计和分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能、高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。它包括各种模块。本文主要利用HyperMesh和HyperForm模块对模型进行预处理，RADIOSS进行冲压过程的模拟计算，然后利用HyperView模块查看结果。HyperMesh是一个高性能的有限元前处理器，它使CAE分析工程师能够在一个高度交互式和可视化的环境中进行仿真分析。与其他有限元前处理器相比，HyperMesh的图形用户界面简单易学，尤其支持直接输入已有的三维CAD几何模型(UG、Pro/E、CATIA等。)，而且导入效率和模型质量都很高，可以大大减少大量的重复性工作，让CAE分析工程师可以将更多的精力和时间投入到分析计算中。HyperMesh在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面具有良好的速度、适应性和定制性，并且对模型规模没有限制。其他很多有限元前处理软件读取一些复杂大规模模型的数据需要很长时间，很多情况下无法成功导入模型，导致后续的CAE分析无法进行。有了HyperMesh，其强大的几何处理能力使得HyperMesh可以快速读取那些结构非常复杂、规模非常大的模型数据，从而大大提高了CAE分析工程师的工作效率，也使得很多其他前处理软件难以或无法解决的问题变得容易解决。HyperMesh预处理功能非常强大，可操作性强，具有以下特点：1。它是一个高性能的有限元前处理软件，可以减少工程分析的时间和成本；2.它有一个直观的图形用户界面和先进的功能，从而减少学习时间，提高生产力；3.可以直接使用CAD几何数据和现有有限元模型数据，降低模型开发成本；4.可以快速自动生成高质量的网格，从而大大简化复杂几何模型的建模过程。Altair HyperForm是一款采用增量法的高性能板料成形模拟软件，集成了优秀的HyperMesh和高精度、高效率的RADIOSS求解器。HyperForm允许工程师、零件设计师和模具设计师快速比较冲压件的各种设计方案。
使用HyperForm的设计人员可以发现并纠正潜在的冲压工艺和零件设计问题，从而将测试时间缩短到最低限度。HyperForm软件有以下特点：1。易于使用的图形用户界面；2.快速、准确、强大的模拟功能；3.冲压问题可以在设计的初始阶段检测出来；4.设计更轻、更高效的零件；5.缩短测试时间以获得更高质量的零件。在整个模拟过程中，我们首先分析零件的结构模型，确定其成形工艺，然后通过HyperMesh预处理简化其几何模型，再通过HyperForm/OneStep方法获得其初始毛坯形状，根据预先设计的冲压工艺方案生成冲压模具的有限元模型。最后，利用RADIOSS对冲压过程进行模拟和分析。2零件的结构分析和所用的材料参数见图1所示零件的几何模型。支架结构比较简单，基本属于纯弯曲部分。从图中也可以看出，该零件模型冲压时存在较大的负角，无法实现一次成型，所以采用二次成型。根据对支架模型的分析，我们可以看到零件是通过简单的二次冲压成形的，其中一次成形是主要的拉伸成形工艺，二次成形是简单的弯曲成形工艺，所以不会出现成形缺陷，所以我们只研究一次拉伸成形工艺。该部分使用的材料为B510L，其材料参数如表1所示：除了上面提到的意外材料参数，我们还需要使用自然对数e=2.718。有了以上参数，我们就可以在软件中建立新的材料模型，方便我们在分析中使用。3有限元模型的建立和原始毛坯成形3.1有限元模型的建立在所有准备工作完成后，建立有限元分析模型。这种分析是用RADIOSS软件模拟的。室内模块
型之前，我们要使用HyperMesh前处理功能对零件进行简化，针对此零件而言，我们首先要将其形成负角的部分进行简化，从而达到消除负角的效果，然后消除零件上面的孔特征。在前处理完成之后，我们开始建立其有限元模型。在建立完整的有限元分析模型之前，首先要求得零件的原始毛坯形状，其原始毛坯我们可以通过软件自身所带功能中的一步法（HyperForm/OneStep）来获得，这样所得的毛坯形状比较准确，并且简单方便。得到简化后的几何模型和原始毛坯的形状之后，我们开始建立模型，最终得到的凹模与原始毛坯的有限元模型如图二所示。之后我们通过软件自身的功能来建立凸模以及压边圈（在建立模型的时候我们可以同时将压边圈建立出来，但是在分析的时候我们根据实际需要来决定是否使用压边圈，压边圈的建立对最终的分析结果影响不大），如图三所示为我们完整的有限元分析模型。nextpage
3.2 零件成形仿真分析
模型建立完成后利用RADIOSS对该零件的成形工艺进行成形仿真分析，分析结果如图四所示：
如图所示，零件在成形过程中其应力最大值为871MPa,其应力值远远的超过了材料的许用应力，因此，零件在成形时会在应力最大的地方发生开裂的现象，与实际零件成形缺陷位置相符，使得零件的成形性能降低，并且进一步降低了成形后零件的表观质量及机械性能。
4 毛坯优化
原始毛坯的成形分析结果显示出零件在成形过程中存在缺陷，影响了零件的质量，针对此零件，在成形工艺上基本上没有优化的空间，因此我们只能对其毛坯进行优化，从而获得最佳的成形质量。
在零件的成形过程中，影响其成形过程的主要因素为材料的流动方向以及材料在流动过程中所受到的阻力的大小及方向，所以在毛坯的优化中我们可以通过两方面来分析其成形过程：
1、方案一：通过改变原始毛坯的形状使得零件在成形过程中材料受到的应力趋于均匀。 2、方案二：改变材料的流动方向；
4.1 均匀应力
材料在成形过程中受到各方向的拉应力及压应力，在拉应力的作用下容易使得材料发生开裂的现象，在压应力的作用下容易使得材料发生起皱的现象，这些都是在冲压成形过程中所不希望出现的结果。该支架件在成形过程中，由于受力不均匀而使得材料局部应力过大，远远的超过了材料的需用应力，最终发生开裂。
我们通过补充材料来对毛坯进行优化，使得零件在成形过程中受到的应力趋于均匀化，从而达到更好的成形效果，如图五所示为优化后所得的毛坯形状：
如图五所示，在毛坯成形过程中受到最大应力的地方进行补充材料，从而达到均匀应力及均匀变形的效果，使得零件成形之后能够获得更好的成形质量。
使用优化后的毛坯重新进行成形分析，得到结果如图六所示，从图中我们可以看出，优化后的毛坯在成形时以前开裂的地方现在得到了优化，但是同时使得零件的边缘位置出现了缺陷，优化不完全，由此可以看出优化毛坯1仍然存在不合理的地方，不能达到我们想要的优化效果，所以我们排除这种优化方案。
4.1 改变材料流动方向
冲压件的成形过程其实是材料的塑性变形过程，是通过材料的不断流动从而获得最终的成形结果，而材料在流动时，均是朝着阻力比较小的方向或者是向强度比较大的方向流动，所以在冲压成形的过程中，我们可以优化毛坯的形状，通过改变材料的强度分布来改变材料的流动方向。
通过适度的增加原始毛坯的材料，从而改变毛坯的形状及强度分布，优化后的毛坯如图七所示，与原始毛坯相比较增加了两部分的材料，一部分主要是为了增加毛坯的强度，另一部分则是为了在成形过程中补充材料的不足，增加材料的两个部分存在着一定的强度差异，增加材料的相应位置其强度增加，而处于毛坯内部的部分强度比较大，材料流动就比较困难，所以直接发生塑性变形，而边缘部分的强度与内部相比较稍微弱点，故边缘材料在成形过程中起到补充材料的作用，向零件的内部进行流动，补充成形过程中由于材料流动而产生的材料不足。
对优化毛坯2进行成形仿真分析，其分析结果如图八所示：
从云图中我们可以看出零件成形完成之后，其最大延伸率为18%，在材料的许用范围内，成形结果不存在裂纹等缺陷，提高了零件的成形质量。
5 结论
本文通过HyperForm软件对支架件的成形过程进行仿真分析，可以得知零件在成形过程中存在的不足，然后对其进行改善。因此，在零件设计阶段，使用HyperForm软件进行成形仿真分析大大的减少了零件在设计完成之后的试模时间，缩短了产品的设计周期，降低了产品的设计成本，并且能够获得较好的成形质量，从而增强了企业的市场竞争力。
