基于Dynaform軟件的汽車消聲器連結(jié)法蘭盤毛坯優(yōu)化排樣

羅 若

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州545616）

0 引言

在現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)中，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量前提下，降低成本，減少能耗，充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備的優(yōu)勢，獲得最大的經(jīng)濟利益是企業(yè)生存的根本。沖壓件的原材料費用在生產(chǎn)成本中占了最大比重，因此提高材料的使用率是決定經(jīng)濟利益的最大因素。提高原材料的使用率有很多方法，如改進沖壓件的結(jié)構(gòu)，以方便排樣；改變搭邊值，優(yōu)化排樣方式。目前在優(yōu)化排樣方式有很多方法，有傳統(tǒng)的經(jīng)驗法，有現(xiàn)在先進的各種仿真軟件，比如ANSYS、Dynaform等。Dynaform軟件主要應(yīng)用于板料成型的專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，應(yīng)用范圍很廣，能夠進行毛坯尺寸的的預(yù)估和排樣，而且能夠?qū)澢⒗映尚瓦^程缺陷進行預(yù)測，并且可以進行后續(xù)的模具設(shè)計[1]。因此本文采用Dynaform對消聲器連結(jié)法蘭盤的毛坯排樣進行優(yōu)化。

1 Dynaform軟件

目前在沖壓生產(chǎn)的工藝設(shè)計中，出現(xiàn)了許多軟件用于計算沖壓產(chǎn)品毛坯尺寸，如UG NX，Dynaform等軟件。其中Dynaform軟件是應(yīng)用比較廣泛的一款軟件，它不僅可以用于毛坯尺寸、排樣和材料利用率的計算，而且用于模擬沖壓成形質(zhì)量，可以分析成型過程中出現(xiàn)的沖壓缺陷，對板料的成形性能進行評估，為沖壓件的沖壓工藝和模具設(shè)計提供了很大幫助[2]。其中的 Blank Size Engineering（BSE）模塊可以直接計算出毛坯的輪廓線，對毛坯形狀尺寸計算非常有利。Dynaform軟件主要包括三大部分：Dynaform前處理器，Ls-Dyna有限元求解部分，Dynaform后處理器。Dynaform軟件毛坯尺寸計算和排樣具體的步驟為：三維建?！Ｐ蛯?dǎo)入Dynaform軟件→有限元網(wǎng)格劃分→設(shè)置材料以及厚度→計算毛坯外形尺寸→添加毛坯輪廓線→設(shè)置排樣的搭邊值，件間距等→得出排樣圖和材料利用率[3-4]。

2 排樣方案設(shè)計

采用Dynaform軟件排樣，在搭邊值不變的前提下，裁剪的條料寬度不定的情況下，可以安排不同角度的角度排樣，對比計算結(jié)果，選出理想的排樣結(jié)果[5]。由圖1可以看到，此零件的外形為橢圓形，而對于橢圓形的沖裁件一般采用斜排法，但是是否斜排法適用所有的橢圓形毛坯有待研究，因此本文首先研究了傾斜角度對橢圓類零件的材料利用率的影響規(guī)律，從而分析出材料最大的斜排角度。根據(jù)沖壓設(shè)計手冊，當(dāng)采用彈性卸料裝置時，當(dāng)材料的厚度為3 mm時，手工送料時最小的側(cè)搭邊值為2.2 mm，工件間的最小的搭邊值為1.8 mm[5]。暫不考慮搭邊值對模具強度和壽命和沖壓時卸料的影響，目的只是選擇搭邊值和件間距分別為2.2 mm和1.8 mm，考察角度對其影響規(guī)律，從而找出最大材料利用率對應(yīng)的傾斜角度。

圖1 獲得的坯料輪廓線

表1 計算工況表

圖2和圖3分別為其材料的利用率隨角度變化的變化曲線。工況1和工況2最大的利用率出現(xiàn)在角度為75°～90°時，也就是說圖2和圖3所示的布局（角度90°）。此時的最大利用率最大，工況1為70.586%，工況2為71.151%。

圖2 工況1材料利用率

圖3 工況2材料利用率

經(jīng)計算后 0°時材料利用率為 66.93%，30°為61.859%，60°為65.29%，90°為 66.944%。材料利用率高的是角度為0°和90°，它們對應(yīng)的料寬分別為120.488 mm和99.025 mm。但是在生產(chǎn)中為了方便條料的裁剪，一般都是設(shè)置為整數(shù)，因此分別將料寬轉(zhuǎn)化為整數(shù)對其利用率重新計算。角度為0°時，設(shè)置條料的裁剪寬度為125 mm，再將Dynaform軟件中設(shè)置條料寬度為125 mm，角度為0時重新計算利用率是64.5193%，如圖4所示。當(dāng)角度為90°時，設(shè)置條料的裁剪寬度為100 mm，再將Dynaform軟件中設(shè)置條料寬度為100 mm，角度為90°時重新計算利用率是66.292%，如圖5所示。

圖490 °寬100mm排樣及材料利用率

圖50 °寬125 mm排樣圖及材料利用率

3 搭邊值和件間距的優(yōu)化

搭邊值和件間距是否合理對模具的壽命和材料的利用率有很大的影響。搭邊值和件間距越大，材料的浪費越多，但是若減小搭邊值，沖裁時斷裂、翹曲等缺陷容易出現(xiàn)，而且很有可能造成沖裁毛刺，產(chǎn)生不合格產(chǎn)品。嚴(yán)重時甚至?xí)斐赡＞呷锌诒揽?，加快模具磨損，縮短模具壽命。因此合理的搭邊值和件間距對于保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益具有十分重要的意義[6]。前面采用Dynaform軟件計算時均是選用最小值，因此下面將對材料利用率高的90°排樣方案和0°排樣方案與生產(chǎn)實際中的板料規(guī)格和條料的尺寸結(jié)合對其搭邊值進行優(yōu)化。

3.1 傾斜角度為90°時搭邊值和件間距的優(yōu)化

（1）側(cè)搭邊值優(yōu)化

90°排樣方案的條料寬度是100 mm，剪板的方式采取橫剪、縱剪。

橫剪方案是沿2 500 mm方向裁剪，橫剪方案是沿2 500 mm方向裁剪，裁剪數(shù)量條；條料長度為板材的寬度1 200 mm。

兩種裁剪方案均無余料。剪板后條料規(guī)格為：橫剪100×1 200 mm，數(shù)量25條/板；縱剪100×1 250 mm，數(shù)量 25 條/板。

（2）工件間搭邊值優(yōu)化

對橫剪和縱剪的條料按工件間搭邊值a1=1.8 mm分別進行排樣，見圖6。最后一個制件都是不完整的。

圖690 °排樣方案

在一條條料最多只能沖裁10個制件的情況下，可以考慮適當(dāng)加大工件間搭邊值，把余料平均分配到工件間搭邊值中，優(yōu)化排樣以保證沖裁件質(zhì)量和延長模具壽命[6]。

橫剪條料的優(yōu)化：

圓整取a1=4 mm。

縱剪條料的優(yōu)化：

圓整取a1=8.5 mm。

（3）計算材料利用率

制件面積6 490.2 mm2，將以上搭邊值代入Dynaform中計算其利用率，得：橫剪條料的材料利用率：

縱剪條料的材料利用率：

3.2 傾斜角度為0°時搭邊值和件間距的優(yōu)化

（1）側(cè)搭邊值優(yōu)化

0°排樣方案的條料寬度是125 mm，剪板的方式采取橫剪、縱剪。

橫剪方案無余料，剪板后條料規(guī)格為：橫剪125× 1 200 mm，數(shù)量20條/板。

縱剪方案有余料75×2 500 mm，剪板后條料規(guī)格為：125 × 1 250 mm，數(shù)量18條/板。

（2）工件間搭邊值優(yōu)化

對橫剪和縱剪的條料按工件間搭邊值a1=1.8 mm分別進行排樣，見圖7。最后一個制件都是不完整的。

圖70 °排樣方案

如上所述，在還有余料的情況下，應(yīng)該適當(dāng)加大工件間搭邊值優(yōu)化排樣[6]。

橫剪條料的優(yōu)化：

圓整取a1=7 mm。

縱剪條料的優(yōu)化：

圓整取a1=3.5 mm

（3）計算材料利用率

制件面積6 490.2 mm2，將以上搭邊值代入Dynaform中計算其利用率，得：

橫剪條料的材料利用率：

縱剪條料的材料利用率：

3.3 優(yōu)選排樣方案

表1為優(yōu)化后的計算結(jié)果。通過比較可以得出結(jié)論，當(dāng)傾斜角度為90°，采用橫剪，條料規(guī)格為100×1 200 mm，材料利用率最高為54%，制件數(shù)量為250個，搭邊值為3.8 mm，工件間搭邊值為4 mm，從模具質(zhì)量和產(chǎn)品的角度出發(fā)，這兩個值處于合理的范圍，與前面采用采用Dynaform軟件計算的材料利用率結(jié)果保持一致。

表1 排樣方案的優(yōu)化計算結(jié)果較（注：板材規(guī)格：3.0 mm×1 200 mm×2 500 mm）

4 結(jié)束語

本文采用Dynaform軟件對其進行排樣優(yōu)化。在確定搭邊值時，先以最小值作為參考，采用Dynaform軟件對不同傾斜角度的排樣方案進行分析，簡潔方便。在Dynaform軟件分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合板材的規(guī)格和剪板時的不同裁剪方案，充分計算和論證了各種方案的材料利用率，最終確定了材料利用率最大的剪板排樣方案。在充分利用材料的同時，又優(yōu)化了搭邊值，不但提高了經(jīng)濟效益最大化，還更好地保證制件質(zhì)量和延長模具壽命。