1、传统的五金冲压模设计主要是设计人员根据冲 压件的结构, 利用现有的经验与资料, 设计出冲压件 的成形模具, 再通过试模、修模、甚至改模, 直到满足 产品的质量要求, 这不仅影响了模具的制造质量,也 使模具制造周期延长,还极大地增加了生产成本。 计算机辅助工程CAE作为模具工业的新型应用 技术, 已得到了越来越多的应用[1~4]。冲压模CAE技 术是利用数值计算理论构造其求解方法, 模拟出实际 成形中板材弯曲、拉伸、回弹过程, 定量地给出成形过 程的状态参数[5]。它可以在模具制造之前预测所设计 冲压件在压力机上冲压成形的结果, 从中发现问题并 做出修改。 下面以某一大型液晶电视（LCD）底板冲压件为 例, 阐述基于CAE的冲压件结构设计优化方法。先 用UG进行三维冲压件设计, 用Dynaform进行有限元 网格、定义边界条件和载荷等前处理, 再利用 LS-DYNA求解器进行分析,从而对冲压件结构设计进 行指导和对冲压件的成形工艺可行性进行验证。
2 冲压件成形工艺分析 2.1 冲压件产品特征分析 图1为一款液晶电视的底板，它将要支撑20kg以 上的整机重量，四周通过螺丝孔固定橡胶垫支撑底 座，中心的圆盘为支撑整机接触面，其上面装配旋转 立柱。本文结合发散式的设计思想和钣金塑性成形 原理，设计了此款产品，其零件的机械性能、整机的机 械强度和稳定性得到了很好的改善。 图1 底板冲压件产品三维图 2.2 冲压件成形有限元模型 如图2所示为冲压件有限元模型图，根据实际冲 压成形工艺及材料拉伸试验得到相关参数，如表1所 示。 表1 材料性能参数 模具CAD/CAM � 材料 SGCC 壁厚 (mm) 1.5 弹性模量 (GPa) 212,000 泊松比 0.3 抗拉强度 (MPa) 300 立柱 立柱支撑件 面板 底板 ·1· 《模具制造》2010年第1期 其中，模具间隙取0.1倍的壁厚，即0.15mm，工件 接触摩擦系数取0.1。 图2 底板冲压件有限元模型 2.3 经验法设计结果及对比分析 图3、图4分别为依据经验法设计得到的试冲样 件和有限元仿真得到的成形极限图-FLD。从图3和 图4对比分析，产品破裂的区域和产品翘曲的区域几 乎是一致的，可以得出仿真的结果和实际冲压结果非 常接近，换句话说，如果能在设计之初引进有限元仿 真成形质量结果分析，就可以大大提高设计开发的效 率，使得产品设计更科学、更高效。 图3 经验法设计得到的试冲样件 图4 有限元仿真结果-FLD
3 产品结构设计优化及对比分析 3.1 产品结构设计优化 根据图4结果分析，产品结构设计优化有以下几 点： （1）加大破裂区域的圆角。 （2）圆角采用变倒圆角的方式，随着拉伸高度高 的地方相应地增加圆角半径。 （3）降低顶面到底面过渡区域的坡度，尽量使拉 伸深度一致，并均匀过渡。 （4）翘曲部分区域可通过压边加拉延筋等途径改 善。 3.2 试验结果对比分析 图5 为产品结构设计优化后的有限元仿真结 果-FLD图，从图5可以看出变形区域基本处在塑性变 形较好的范围内，破裂区域完全得到改善，只有部分 区域可通过压边工艺得以改善。
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