模具工借助LS―Dyna设计复杂拉伸件模具

摘要：拉伸模具是冲压模具中最复杂的模具，金属材料在拉伸模具中塑性变形，被制作成外形复杂的产品，拉伸过程中最容易出现的问题就是起皱或开裂；考虑模具工对于软件简单易于操作的要求， 借助于软件dynaform，分析产品在成形过程中可能出现问题的部位， 辅助修改模具结构，弥补产品成形过程可能出现的问题。

关键词：实用；拉伸；Dynaform

我们常见的金属产品中有很多是桶形、盒形的三面包围结构零件，这些金属制品做的很精致、很美观，复杂的形状给人神奇的感觉。有的表面有电镀或者涂装不同的色彩，有的可能就是金属材料本色。虽然没有经过涂装等表面处理，但是产品表面依然手感光滑色泽鲜艳。这是因为制作这些产品的模具的功劳，模具需要选用合适的材料，配合合理的工艺，才能做出漂亮的产品。特别是外形复杂，表面质量要求又高的拉伸件。

拉伸成形模的设计与制作过程相当复杂，需要丰富的设计制作经验。工艺不合理，模具结构不正确，做出来的产品就会有缺陷，有的可能表面起皱，有的可能有擦痕，有的可能有裂纹，甚至有的模具做不出产品来。模具工作者必须安排合理的工艺工序，制作合理结构的模具来。拉伸模具形状复杂，而且经常是需要多付模具才能做出一个产品。每一付模具就是制作这个产品的一道工序一个步骤。对于一个模具工来说，能够首先确定的就是第一工序模具和最后一道工序模具。难点在于中间工序的安排设计，要几道工序，每道工序的结构如何。这是一个把一张平板金属材料做到一个复杂形状产品的推理过程，是从二维到三维的演变。每一步推算都是一个大胆的设想。不能擦伤，不能起皱，更不能破裂，直到做出符合外观要求和尺寸精度要求的产品。

拉伸模具试做前必须先把必要工序的模具做出来，然后把板材放到模具中试做，试验模具结构是否合理，是否可以做出美观的产品，如果产品有缺陷然后再对模具结构进行修改，修改往往是几道工序的模具一起都要修改，牵一发而动全身，前后工序互相影响。这样反复试验最后直到做出完美的产品。这个试验过程可能很漫长，因为试后修，修后试，都是时间的累计。这个过程也有可能很短暂，那就是模具机构设计合理，第一次试模就直接做出漂亮的产品。

模具结构设计能够一步到位，那除了丰富的设计制作经验，更要细心，首先判断必然出现的情况，还要去发现可能存在的隐患。做出判断容易，隐患就很难发现了。而Dynaform正是一款专为模具工设计，能够分析复杂拉伸成形过程的模具设计制作辅助软件。

针对Dynaform软件的实用性，借公司实际产品设计制作过程为例，展示一个模具工使用Dynaform软件在拉伸模具设计中的最大实用功能。

此零件外形尺寸为：长81，宽56，高29。从外形尺寸来看，这是一个很容易拉伸的盒形零件。那么这个零件是不是就是一付拉伸模具就可以完成呢？实际并非如此。由于其表面还有复杂的形状，有起伏，有凹凸，更有小圆角，还有包边。 零件中小圆角（R0.5）部位是估计可能出现破裂的地方。

根据以往经验，可设定此零件模具工序为：1.下料，2.成形，3.整形，4.切边冲孔，5.翻边，6.包边。最后证明工序划分是正确的。然后就是确定每道工序的模具结构。

对每道工序分析如下：

1.下料：使用中的方法估算坯料尺寸，定制样板。

2.成形：估计零件中小圆角部位可能出现破裂，将成形凸模R0.5部位暂改为R1.5。分型面圆角R4。

3.整形：按照零件外形尺寸制作凹模，整出成形凹模圆角所成的分型面圆角R4-R1。

4.切边冲孔：再次使用中的方法估算切边尺寸，冲孔部位按零件尺寸公差要求冲孔。

5.翻边。

6.包边。

现在再用Dynaform软件对此零件进行拉伸分析，操作步骤如下：

1.导入针对产品零件设计的凹模曲面图形，导入产品坯料展开外形线条尺寸。

2.编辑零件层，将凹模曲面和坯料外形放到不同的零件层中。

3.对凹模曲面单元网格化处理，转化为工具单元。

4.使用毛坯生成器将毛坯外框生成毛坯，并定义坯料属性。

5.使用自动设置定义模具工具，定义坯料，并将模具工具定位到合理的位置。

6.提交方案，进行计算分析。

分析结果如下图：

图中色彩定义为材料的厚度，划分为（红色-破裂，黄色-裂纹，绿色-不变，蓝色-起皱，紫色-叠料）。在经验分析阶段时估计零件小圆角部位可能破裂。与Dynaform软件分析结果对比后，发现有出入。 Dynaform软件分析结果如色彩变化图显而易见，估计部位没有破裂，而图中出现了5处可能破裂的部位（红色黄色区域），更加显示了有可能起皱的部位（蓝色区域）。实际试模后发现， Dynaform软件分析结果更接近实际情况，然后对模具结构修改，改变成形凸模圆角大小，避免破裂，并加大了四个顶角边的压料力，避免起皱，最终解决了问题。

实践证明Dynaform软件比光凭经验大有优势，它显示直观，不用去多角度推算，也不用冥思苦想，只用辨别颜色就可以知道零件拉伸过程可能出现的问题，而且它还往往反应了我们凭经验考虑不到的地方。同时在软件上，在设计阶段就对模具进行修改，比在试模过程中对实物进行修改要方便得多，速度更是不用说，最主要是省去了修改费用。让模具工作者能够处理复杂的拉伸成形模具一步到位。事半功倍。

作者简介：周军（1985.05- ）男， 模具设计与制造 籍贯：江苏江阴

毕业于河海大学（成人本科）并获得优秀毕业生称号，就业与江阴宇丰技研机械有限公司，负责消声器新品开发，模具设计与制造。