厚板折彎
關(guān)注創(chuàng)建者：**_EQZN 創(chuàng)建時間：2020-03-12
厚板折彎的實(shí)例教程
對于絕大多數(shù)的板材折彎而言，CAE分析其折彎過程沒有太大的意義，工程經(jīng)驗(yàn)或者折彎系數(shù)表就足以解決絕大部分問題；但是對于厚板或者說對于折彎R數(shù)值小于板材厚度的，折彎CAE分析分析其折彎過程還是有意義的：
1對于折彎處形狀的精確預(yù);
2:折彎后折彎點(diǎn)尺寸的變化;
3:折彎過程接觸區(qū)域變形和設(shè)備噸位精確預(yù)測；
對于某些板材折彎后需要包膠，如果不能精確預(yù)測折彎處形狀的和數(shù)值，回影響后續(xù)塑膠模具的開發(fā)，或者折彎后需要精確裝配的折彎件如果不能預(yù)測折彎處形狀，會影響后工序裝配；下文將會對折彎過程進(jìn)行一下詳細(xì)的說明；
1：分析軟件選擇
一提起沖壓分析，可能很多人都會說用DynaForm、AutoForm、PAM-STAMP等，但是這些軟件基本都是以殼單元為主，分析厚板不建議使用殼單元，因?yàn)榘宀脑?em>折彎處厚度和寬度方向都有變化，殼單元受限，不可能顯示出實(shí)際的形狀；
DynaForm可以使用實(shí)體單元，理論可以做，不過前后處理略顯繁瑣；
通用結(jié)構(gòu)有限元理論上可以做，但是分析前處理時間比較繁瑣，而且容易出錯，理論上ANSYS/ABAQUS/HYPERWORKS都可以做的，如果不嫌棄麻煩的話；
筆者建議此類分析使用鍛壓類分析軟件，使用實(shí)體單元或者實(shí)體殼單元進(jìn)行分析；通用的鍛壓類分析軟件deform、SimuFact.Forming、Forge、QFORM等都可以分析，專用軟件前后處理時間都不會很長；
這里選擇SimuFact.Forming是因?yàn)榇塑浖疤幚碓O(shè)計比較簡單，有豐富的材質(zhì)庫，可以導(dǎo)入第三方網(wǎng)格，對于沖壓的壓邊力、彈簧、或運(yùn)動軌跡路徑等設(shè)計比較簡單，而且MARC的求解器分析精度和準(zhǔn)確度都是經(jīng)過業(yè)界檢驗(yàn)的，所以使用SimuFact.Forming進(jìn)行處理，當(dāng)然使用其他的類似軟件也是可行的；
展開 LS-DYNA作為業(yè)界標(biāo)桿的通用非線性求解器，在沖壓領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，以LS-DYNA為求解器的沖壓軟件就有多個，業(yè)界比較出名的比如DynaForm、JSTAMP、Fastamp等等，但是在鍛壓領(lǐng)域，以LS-DYNA為求解核心的應(yīng)用比較少，DynaForm5.9.4版本增加了對回轉(zhuǎn)體（或厚板）截面的2D分析，這種分析以前都是在鍛壓軟件內(nèi)完成的，比如DEFORM、SimuFact.Forming、Forge等，現(xiàn)在DynaForm內(nèi)就可以輕松 完成，對于一些厚板折彎或者回旋體結(jié)構(gòu)的多工步變薄成型都有很重要的參考價值；
對于回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，多工步成型時，如果成型過程又是變薄拉伸，這個時候使用殼單元進(jìn)行計算，往往計算結(jié)果與實(shí)際的成型結(jié)果差異具體，其根本原因就是殼單元虛擬的壁厚，不能很好是反應(yīng)實(shí)際的成型狀態(tài)，所以使用2D軸界面進(jìn)行分析，計算結(jié)果可能會更符合實(shí)際的成型結(jié)果；
下面簡單的介紹一下具體的計算方法:
1 CAD模型處理
分析模型需要把與板材接觸的零部件處理好，然后取截面：保存為IGES格式；
或者直接畫截面的形狀：
如上圖所示，這個操作還是有點(diǎn)麻煩，如果涉及到多工步，需要把多個工步都處理出來；
需要注意事情，輸出IGES時，需要Y軸向上輸出，因?yàn)闀r截面，所以建議按照Y軸向上的標(biāo)準(zhǔn)輸出，這樣設(shè)置的時候不會有過多的問題；
2：導(dǎo)入DynaForm，劃分網(wǎng)格，基本過程和殼單元分析的類似，再次不做詳細(xì)說明“”
3.提交計算，由于是2D分析，計算過程很快，效率遠(yuǎn)高于完整曲面的殼單元的計算過程：
4.結(jié)果查閱：
厚度信息
成型極限圖
多工步分析：
多工步厚度：
多工步成型極限圖：
通過以上分析，假如回轉(zhuǎn)體材料各向異性差異不大，對于多工步變薄拉伸分析，筆者建議在使用殼單元整體分析的之外
展開 但在鍛壓領(lǐng)域，以LS-DYNA為求解核心的應(yīng)用甚少，DynaForm5.9.4版本增加了對回轉(zhuǎn)體（或厚板）截面的2D分析，這種分析以往都是借助鍛壓軟件完成，比如DEFORM、SimuFact.Forming、Forge等，現(xiàn)在在DynaForm內(nèi)就可以輕松完成，對于一些厚板折彎或者回旋體結(jié)構(gòu)的多工步變薄成型具有很重要的應(yīng)用價值。
對于回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的多工步成型時，如果成型過程是變薄拉伸，這個時候使用殼單元進(jìn)行計算，往往計算結(jié)果與實(shí)際的成型結(jié)果差異巨大，其根本原因就是殼單元虛擬的壁厚，不能很好地反應(yīng)實(shí)際的成型狀態(tài)，所以使用2D軸界面進(jìn)行分析，計算結(jié)果可能會更符合實(shí)際的成型結(jié)果。以下是具體的計算方法：
1、CAD模型處理。分析模型首先需要處理好與板材接觸的零部件，然后取截面，并保存為IGES格式。或者也可以直接畫截面的形狀。
圖1 CAD模型的處理
當(dāng)然，這個操作還是有點(diǎn)繁瑣，如果涉及到多工步，需要把多個工步都分別處理。需要注意的是，在輸出IGES時，需要Y軸向上輸出。因?yàn)槭墙孛?，所以建議按照Y軸向上的標(biāo)準(zhǔn)輸出，這樣設(shè)置時不會產(chǎn)生過多問題。
2、導(dǎo)入DynaForm，劃分網(wǎng)格，基本過程和殼單元分析的類似，在此不做詳細(xì)說明。
圖2 基于DynaForm劃分網(wǎng)格
3、提交計算，2D分析的計算過程很快，效率遠(yuǎn)高于完整曲面的殼單元的計算過程。
4、獲取各種成型結(jié)果。
展開 在折彎過程中除了工件與折彎刀干涉，當(dāng)工件的尺寸比較大時還可能會出現(xiàn)折彎時與折彎機(jī)干涉。
在我們安排工藝的時候，很多時候都要考慮是否好折彎，能否折彎的問題，因?yàn)?em>折彎是一個很重要的工藝，折彎是否好操作直接影響到折彎質(zhì)量的保證，而很多時候出現(xiàn)的質(zhì)量問題都是出自于折彎尺寸沒有控制好，所以在設(shè)計的過程中也要特別關(guān)注折彎的問題，這個關(guān)系到產(chǎn)品量產(chǎn)時質(zhì)量的穩(wěn)定性。
對于不同板厚，它的折彎尺寸都是有限度的，不能過小，一般多與下刀模有關(guān)系，一般的原則是：下刀模選取板厚6倍的刀槽，這樣折彎系數(shù)與經(jīng)驗(yàn)值最符合。一般刀槽的分類按刀槽的外寬分如圖（9），分別是6號和10號槽。
但選用夠小的刀槽折彎時，很容易出現(xiàn)壓痕，一般6號槽以下的壓痕都比較明顯，所以當(dāng)工件表面不處理時，當(dāng)折彎邊比較小時，有明顯的壓痕，一來影響外觀，二來容易生銹，所以在設(shè)計時要注意。
在實(shí)際的折彎過程中還會遇到各種各樣的問題，很多時候還要考慮到折彎對別的工藝的影響，很多時候還要具體問題具體分析，適當(dāng)?shù)陌才殴に嚒?/span>
展開 厚板經(jīng)過拉深后，其凸起部R角比較大，無法滿足圖紙要求，通過后續(xù)校形、擠壓的方式，對零件進(jìn)行整形，減小R角及改善端部形狀，如圖4所示。
通過拉深、校形、擠壓實(shí)現(xiàn)零件毛坯成形后，采用多工位傳遞模，利用機(jī)械手傳遞系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的模內(nèi)快速傳遞。設(shè)備選用適合厚板拉深、折彎及厚板沖鍛復(fù)合成形加工的雙肘節(jié)式精密沖床。
圖4 拉深、校形、擠壓過程示意圖
精沖
圖5所示該汽車零件厚度為4.0mm，小孔直徑為3.50mm，小孔與外圓的間距為1.25mm。間距小，精沖時，局部塌陷量大，需要設(shè)計特殊的模具結(jié)構(gòu)來降低薄壁處的塌陷量，以滿足該零件后續(xù)的加工要求。
該零件精沖外形及孔后，因其精度要求高，精沖件無法滿足圖紙要求，需要通過后續(xù)的切削加工來保證零件精度。后續(xù)機(jī)加工時，汽車零件裝夾位置如圖6所示，裝夾面為精沖的剪切面，所以該部位剪切面的質(zhì)量會影響到機(jī)加工時的裝夾精度。
圖5 汽車零件簡圖
圖6 機(jī)加工裝夾示意圖
影響剪切面垂直度的因素有：零件結(jié)構(gòu)、材料厚度（圖7）及其機(jī)械性能、模具結(jié)構(gòu)、凹模圓角、齒圈及沖壓時的壓邊力和反頂力。因零件的結(jié)構(gòu)及材料由客戶指定，精沖工藝設(shè)計時，需要通過調(diào)整模具結(jié)構(gòu)以及精沖力的大小，來改善剪切面的質(zhì)量（主要是垂直度）。
圖7 料厚與偏差X值的關(guān)系
綜合考慮零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、對塌角及剪切面質(zhì)量的要求，通過對精沖模具結(jié)構(gòu)、模具材料等進(jìn)行優(yōu)化改善，大大減小了塌陷量，改善前后塌陷量對比如圖8所示，滿足了后續(xù)工序的穩(wěn)定生產(chǎn)。
考慮到該零件精沖生產(chǎn)時，是單件上下料，可通過自動上下料系統(tǒng)進(jìn)行自動化生產(chǎn)。圖9所示的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動上料、自動涂油、沖壓后自動下料、零件與廢料自動分離等動作，實(shí)現(xiàn)了自動沖壓，節(jié)省了人力成本，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
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厚板折彎的最新內(nèi)容
對于絕大多數(shù)的板材折彎而言，CAE分析其折彎過程沒有太大的意義，工程經(jīng)驗(yàn)或者折彎系數(shù)表就足以解決絕大部分問題；但是對于厚板或者說對于折彎R數(shù)值小于板材厚度的，折彎CAE分析其折彎過程還是有意義的：1)對于折彎處形狀的精確預(yù)算；2)折彎后折彎點(diǎn)尺寸的變化；3)折彎過程接觸區(qū)域變形和設(shè)備噸位精確預(yù)測。
但在鍛壓領(lǐng)域，以LS-DYNA為求解核心的應(yīng)用甚少，DynaForm5.9.4版本增加了對回轉(zhuǎn)體（或厚板）截面的2D分析，這種分析以往都是借助鍛壓軟件完成，比如DEFORM、SimuFact.Forming、Forge等，現(xiàn)在在DynaForm內(nèi)就可以輕松完成，對于一些厚板折彎或者回旋體結(jié)構(gòu)的多工步變薄成型具有很重要的應(yīng)用價值。
在沖壓領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，以LS-DYNA為求解器的沖壓軟件就有多個，業(yè)界比較出名的比如DynaForm、JSTAMP、Fastamp等等，但是在鍛壓領(lǐng)域，以LS-DYNA為求解核心的應(yīng)用比較少，DynaForm5.9.4版本增加了對回轉(zhuǎn)體（或厚板）截面的2D分析，這種分析以前都是在鍛壓軟件內(nèi)完成的，比如DEFORM、SimuFact.Forming、Forge等，現(xiàn)在DynaForm內(nèi)就可以輕松 完成，對于一些厚板折彎或者回旋體結(jié)構(gòu)的多工步變薄成型都有很重要的參考價值
對于不同板厚，它的折彎尺寸都是有限度的，不能過小，一般多與下刀模有關(guān)系，一般的原則是：下刀模選取板厚6倍的刀槽，這樣折彎系數(shù)與經(jīng)驗(yàn)值最符合。
對于絕大多數(shù)的板材折彎而言，CAE分析其折彎過程沒有太大的意義，工程經(jīng)驗(yàn)或者折彎系數(shù)表就足以解決絕大部分問題；但是對于厚板或者說對于折彎R數(shù)值小于板材厚度的，折彎CAE分析分析其折彎過程還是有意義的：
1對于折彎處形狀的精確預(yù);
2:折彎后折彎點(diǎn)尺寸的變化;
3:折彎過程接觸區(qū)域變形和設(shè)備噸位精確預(yù)測；
對于某些板材折彎后需要包膠，如果不能精確預(yù)測折彎處形狀的和數(shù)值，回影響后續(xù)塑膠模具的開發(fā)
設(shè)備選用適合厚板拉深、折彎及厚板沖鍛復(fù)合成形加工的雙肘節(jié)式精密沖床。
圖4 拉深、校形、擠壓過程示意圖
精沖
圖5所示該汽車零件厚度為4.0mm，小孔直徑為3.50mm，小孔與外圓的間距為1.25mm。間距小，精沖時，局部塌陷量大，需要設(shè)計特殊的模具結(jié)構(gòu)來降低薄壁處的塌陷量，以滿足該零件后續(xù)的加工要求。
設(shè)備選用適合厚板拉深、折彎及厚板沖鍛復(fù)合成形加工的雙肘節(jié)式精密沖床。
精沖
圖5 所示該汽車零件厚度為4.0mm，小孔直徑為3.50mm，小孔與外圓的間距為1.25mm。間距小，精沖時，局部塌陷量大，需要設(shè)計特殊的模具結(jié)構(gòu)來降低薄壁處的塌陷量，以滿足該零件后續(xù)的加工要求。
該零件精沖外形及孔后，因其精度要求高，精沖件無法滿足圖紙要求，需要通過后續(xù)的切削加工來保證零件精度。
圖5 挖掘機(jī)馬達(dá)頭側(cè)板
（3）對一些鈑金件成形之后進(jìn)行切割余料加工，以提高產(chǎn)品切割余料的精度 中厚板板材件在折彎加工中由于工藝尺寸的要求，有些工件的折彎線到料邊距離較小需要增加余料，在折彎完成后去除；有些工件距折彎線較近的地方有長孔或圓孔，為了防止折彎過程中孔的變形，需要增加余料；有些工件邊緣形狀不規(guī)則，需要增加余料折彎完成后割除。
