1、背景

在成形工藝上，很多生產廠習慣于一次成形完畢，好處是成形時間短、生產速度快，免去了二次成型的麻煩，但不足之處是操作人員過多，勞動強度大，質量不易控制。隨著加工技術的不斷發展，成型件的尺寸不斷加大，一次成型的弊端日漸引起重視。為了保證質量，有的單位采用了國外常用的多次成型法，即成型件的最終形狀分為若干個成型步來完成，每次成型其中的一部分。很多實際鈑金件的成型加工過程都是經過若干次成型來完成的，這些多次加工過程中，最簡單的情況就是二次成型過程。這種加工方法的好處是質量容易控制，但也存在一些問題如施工周期長，需采用專用的適于多次成型的模具，因而，在批量小、模具少的情況下不宜采用。

2、問題

該例子是某鈑金成型件的實際加工過程。該過程包括兩次成型分析，而實際模擬的步驟分為六步來完成：（選用動力顯示分析步進行計算，通過速度位移邊界條件和分析步時間控制整個成型過程）。該模型詳細介紹通過速度邊界條件控制部件的運動進而達到部件二次成型的仿真。

1. 定位第一套模具的空間位置；

2. 定位胚料在第一套模具上的相對位置；

3. 進行第一次成型；

4. 定位初次成型后半成品料在第二套模具上的相對位置；

5. 進行第二次成型；

3、幾何模型 

根據成型件的尺寸繪制的兩個模具及板料的裝配圖如圖所示，具體尺寸可見附件中的inp格式文件。

圖1 模具裝配圖

4、有限元分析

4.1、材料參數的設定

對于兩套模具，設置為離散剛體，因此不需要對其賦予材料參數；

對于胚料，使用TC4高溫拉伸的實驗參數，詳細參數可以在附件的inp格式文件中查看；

4.2、網格劃分

由于兩套模具均為離散剛體單元，也需要進行網格劃分，需要注意的是要對圓角處的網格進行加密處理；胚料的網格也需要進行加密；其中網格劃分后的模型如下圖所示：

圖2 網格劃分模型

4.3、分析步設定

所有分析步均采用動力顯示算法，整個成型過程共需要六個分析步，由于模擬過程均存在大位移，所以六個分析步的幾何非線性都需要打開，不同的分析步對應不同的模擬過程，需要注意圖3中分析步的時間；

Step-1：模具一的上模向上移動；

Step-2：胚料移動到模具一的正上方；

Step-3：模具一上模下行進行第一次成型；

Step-4：模具二的上模向上移動；

Step-5：將第一次成型后的部件移動到模具二的正上方；

Step-6：模具二上模下行進行第二次成型；

圖3 分析步設定

4.4、相互作用設定

為了保證仿真的順利進行，需要在兩次成型的過程中設置接觸屬性；需要注意的是，胚料與第一個模具接觸時的相互作用應設定在第一次成型時，即Step-3分析步；與第二個模具接觸時的相互作用應設定在第二次成型時，即Step-6分析步。

圖4 相互作用設定

4.5、載荷設定

對于多次成型的仿真，載荷模塊的設定較為重要，由于整個仿真過程中只有5個部件，因此為了簡化模擬過程，只設定5個邊界條件，其中具體的分析可以在附件中的inp格式文件中看到：

圖5 載荷的設定

BC-1：用來控制模具一的下模，在初始分析步中，設定模具一的下模保持固定不動，需要將后續Step-1—Step-6的分析步均激活來保證模具一的下模一直固定不動；

BC-2：用來控制模具二的下模，在初始分析步中，設定模具二的下模保持固定不動，需要將后續Step-1—Step-6的分析步均激活來保證模具二的下模一直固定不動；

BC-3：用來控制模具一的上模，在Step-1中將其向上移動，在Step-2中將其改為固定不動，Step-3中讓上模下行進行第一次成型，Step-4中將其改為固定不動，后續該部件將不會運動；

BC-4：用來控制胚料，在Step-2中將胚料移動到模具一的正上方，Step-3中解除對胚料自由度的限制，在Step-4中將一次成型后的胚料移動到模具二的正上方，之后不再限制胚料的自由度；

BC-5：用來控制模具二的上模，在Step-4中將其向上移動，在Step-5中將其改為固定不動，Step-6中讓上模下行進行第二次成型。

4.6、提交計算

創建Job，進行作業提交計算，導出模型的inp文件。

5、結果

鈑金件成形過程視頻可見在附件中查看；

鈑金件成形的Misess應力云圖和PEEQ等效塑性應變云圖如下圖所示：

6、計算說明

CPU：Intel(R) Core(TM) i5-10200H CPU @ 2.40GHz   2.40 GHz；

RAM：24.0 GB (23.8 GB 可用)；

計算時間：2.5min。

附件.rar