冲压CAE分析规范
冲压CAE分析规范
冲压CAE（计算机辅助工程）分析是汽车制造业中一项重要的工艺技术，主要用于预测和优化冲压件的成形过程。通过CAE分析，工程师可以提前发现并解决可能存在的质量问题，如破裂、起皱和回弹等，从而提高生产效率和产品质量。本文将详细介绍冲压CAE分析的具体规范和要求。
一、CAE分析软件要求
对于SE工艺性分析以及模具工装开发的前期阶段允许使用Autoform软件进行CAE分析，SE工艺性分析的最终验证以及模具工装投铸之前的CAE分析必须使用Dynaform进行确认。
二、CAE分析准备工作要求
工艺方案要求
CAE分析前，必须针对零件制定正确的工艺方案，并且编制冲压CAE分析的工艺计划书；工艺数模准备要求
工艺数模可以通过在CAD软件中设计或CAE软件中自动补充的方式完成，但工艺数模的设计应遵循下述原则：
必须考虑提升材料利用率，左右零件首先考虑是否能合模成形；
有利于零件的接触状况；
有利于后续的工序操作。
对于通过在CAD软件中设计完成的工艺数模，应将工艺数模导出为igs格式。
对于CAE软件自动补充方式设计的工艺数模，按下列步骤进行完成：
将零件数模导出为igs格式，然后导入CAE软件中；
调整零件冲压方向，遵循先平移后旋转的原则，自动调整冲压方向的常用方法有：平均法矢法、最小拉延深度法和最小冲压负角法；
对零件孔洞进行填充。制件上的孔洞，尤其是较大的孔洞，必须填充，边界较复杂的孔洞，需添加特征线来控制填充面的形状；
零件边界光顺。光顺的边界能够提高构建工艺补充面的效率，节省大量的调整工艺补充面的时间。此步骤尽量不要省略；
构建压料面。构建压料面时，其截面线到制件的距离变化应均匀、平缓，而且压料面必须是光顺可展的；
设计工艺补充面。工艺补充面是指介于压料面和制件之间的曲面部分。CAE软件中提供了一系列截面形式及交互式对话框来调节控制生成工艺补充面。调节工艺补充时应注意：首先确定主截面形状，即确定凸、凹模圆角、侧壁倾角及分模线宽度；然后根据零件特点调节工艺补充上各截面线的分布状况及截面尺寸；对于分模线的形状应光顺，控制点不宜多，拐角出的控制点以三至四个为宜。
三、CAE分析内容要求
- 要求CAE分析的零件至少需要进行拉延工序分析，对于侧围、翼子板、顶盖、行李箱、前罩、前后门及背门之类的大尺寸、大曲率零件必须进行重力加载分析，对于后续有翻边整形工序的零件须进行该工序的CAE分析，同时高强度钢板零件必须进行回弹工序分析；
- 分析内容需要对零件相关缺陷进行确认，主要包括零件破裂部位、起皱部位、回弹部位的确认，同时，外板零件需要对刚度、冲击线和滑移线等表面质量问题进行确认，对存在质量问题的零件填写ECR报告；
- 分析内容还需对零件成形力、压边力、坯料尺寸、拉延筋参数等冲压工艺参数进行确认，填写CAE分析报告。
四、CAE分析参数设置
1.Autoform软件分析参数
1）网格参数设置
模具网格
弦高偏差(Error tolerance)：0.1，如零件中存在小于或等于2mm半径时，设为0.05；
最大单元长度（Max side length）：根据工艺数模尺寸进行设定，但不应超过30；
网格需要进行空隙、锐边及凸出面的质量检验。
坯料网格
CAE分析过程未包括回弹分析，允许使用坯料网格设置的默认值进行分析，如果包括回弹分析时，需采用如下参数进行分析：
最大的单元间夹角（Control/Mesh/Max element angle）：22.5°；
初始网格大小（Control/Mesh/Advanced mesh parameters/Initial element size）：小于2倍rmin，但最大数值不得超过20；
最大单元细化级别（Control/Mesh/Advanced mesh parameters/Max refinement level）：5
2）输入参数
材料定义
按产品设计的材料定义材料，如软件材料库没有相应材料，允许用相近性能的材料替换进行分析，但须列出替换材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬化指数、厚向异性指数等相关参数。
拉延筋设置
采用等效拉延筋进行模拟，使用等效拉延筋模拟情况下，应反求出阻力因子（Force factor）或阻力数值（Line force）相对应的拉延筋形式，即拉延筋种类和拉延筋截面形状尺寸。
摩擦系数
钢板与模具之间：0.15
铝板与模具之间：0.17
工序过程设置
重力加载过程：对于坯料重心与工具重心有偏差、带有曲率大的压料面时，需设置挡料销对零件进行定位；
压边过程：对于带有曲率大的压料面模拟时，需在压边过程中将成形类型（Forming）选择为闭合选项（closing）。
拉延过程：采用压力设置压边顶杆力；
回弹过程：回弹模拟时，零件刚性转动和平动的约束采用夹持点和定位销的方式同时设置，夹持点不得少于3个且与实际夹持位置一致，定位销的个数不得少于2个。
控制参数
CAE分析过程未包括回弹分析，允许使用控制参数设置的默认值进行分析，如果包括回弹分析时，需修改如下参数进行分析，其余未列出的控制参数使用AutoForm的缺省值。
最终时间步长（control/main/Time Steps/advanced/End Time Step）=0.4；
最终步长跌代次数（control/main/advanced/Number of end time steps）= 4；
预弯步长（control/main/advanced/Binder wrap steps）= 4；
拉延中的单元类型为弹塑性壳单元（Elastic plastic shell）。
2.Dynaform软件分析参数
1）网格参数设置
模具网格
最大单元长度（Max. Size）：根据工艺数模进行设定，但应控制在20-30；
弦高误差(Chordal Dev)：0.1；
相邻边夹角（Angel）：15°；
未列出的控制参数使用Dynaform的缺省值。
网格必须进行边界、重叠、空隙、退化检查，确保单元纵横比值<1000，各工具体网格单元法向必须一致且均指向坯料。
坯料网格
零件成形结束后，保证最小圆角半径处至少有4个单元，但初始坯料网格尺寸不得超过30。
厚向积分点及网格单元类型
仅仅模拟拉延时，坯料厚度积分点为5个，单元类型为BT壳单元，即Belytschko-Tsay；
需要模拟回弹时，拉延和回弹模拟中，坯料厚度积分点均为7个，单元类型均为全积分类型（Fully Integrated）。
2）输入参数
摩擦设置
钢板与模具之间：0.15
铝板与模具之间：0.17
坯料与模具之间的摩擦类型为：Forming_one_way_surface_to_surface
坯料与定位销的摩擦类型为：Forming_nodes_to_surface
拉延筋设置
采用等效拉延筋或实体拉延筋进行模拟，使用等效拉延筋模拟情况下，应反求出阻力因子（Force factor）或阻力数值（Line force）相对应的拉延筋形式，即拉延筋种类和拉延筋截面形状尺寸。
帧数设置
压边过程帧数设置为5；
拉延过程帧数至少设置为15；
同时必须输出下列成形帧：重力加载结束的帧，压边结束的帧，根据零件拉深深度输出距离下死点1、2、3、5、10、15、20、30、50、70的成形帧，成形到底的帧。
控制参数
必须勾选网格细化选项；
时间间隔（ENDTIM/ADPFREQ）=80；
如果包括回弹分析时，网格细化的最大自适应等级（MAXLVL)至少为4级。
五、CAE分析结果评估
- 零件产品区域不得出现破裂，零件成形距下死点1mm时不能有起皱现象，零件的回弹量在产品设计的公差内；
- 产品区域允许的最大变薄率：普通钢板为0.25，高强度钢板为抗拉强度在 210-300MPa为0.2，300-400MPa为0.18，400-500MPa为0.16，超过500MPa为0.15；
- 外板零件刚性评判：成形过程中不得有刺破，主应变不得低于0.03，行李箱外板不得低于0.04，同时外板零件最小变薄率必须大于3%，次应变大于0；
- 外板零件冲击线不得进入产品A级表面，滑移线移动量不得超过R/2（R 为滑移线处的圆角半径）；
- 对于外板零件，坯料拉延后的流入位置不得超过最靠内的拉延筋，但也必须控制在最靠内拉延筋边缘的5mm之内，对于难成形的内板零件，拉延后的流入位置可以超过最靠内的拉延筋。