側(cè)圍板料開裂及對應(yīng)模具分析

2017-01-04  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

在我國汽車市場繁榮的今天,世界汽車巨頭紛紛投資搶占市場,然而使用進(jìn)口的原材料對于當(dāng)前急需降成本的汽車企業(yè)來說卻是一個(gè)相當(dāng)重的負(fù)擔(dān)。在汽車生產(chǎn)過程中,實(shí)現(xiàn)材料國產(chǎn)化,無疑是降低汽車生產(chǎn)成本的有效措施。但是,一輛汽車融合了諸多先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù),要想實(shí)現(xiàn)材料國產(chǎn)化,需要相關(guān)企業(yè)開展更廣泛的協(xié)同合作。 

我廠在某車型的生產(chǎn)中,發(fā)現(xiàn)車身側(cè)圍導(dǎo)入國產(chǎn)化材料后,頻繁出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,尤其以右側(cè)圍最為嚴(yán)重。為了解決這一板料開裂問題,我廠技術(shù)人員通過對該車型右側(cè)圍展開的一系列試驗(yàn)分析,最終找到了解決此類問題的方法。 

材料分析 

為了更準(zhǔn)確地找到側(cè)圍板料開裂的原因,技術(shù)人員對兩廂和三廂汽車側(cè)圍材料進(jìn)行了比較,開展生產(chǎn)調(diào)查。 

通過實(shí)際生產(chǎn)調(diào)查,統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)總量和殘次品的數(shù)量,見表1。從表1中可以看出,車輛側(cè)圍缺陷主要是開裂和頸縮。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試,左側(cè)圍通過調(diào)整氣墊壓力或平衡塊,問題可以消除;右側(cè)圍在添加了2次平衡塊的墊片后,依然開裂,問題沒有解決。

產(chǎn)品的數(shù)據(jù)分析 

板料在成形過程中受拉伸,厚度方向會減薄。接下來,技術(shù)人員調(diào)查了板厚殘存。圖1中所示A處開裂部位板厚比較(材料厚度0.7mm,測量誤差約0.02mm,誤差率0.02/0.7=2.9%),見表2。

 

不同車型左右側(cè)圍A處數(shù)據(jù) 

根據(jù)外觀檢查標(biāo)準(zhǔn):外板件板厚殘存率低于70%,屬于拉薄V2;而75%以下屬于V3u項(xiàng),隨著生產(chǎn)的繼續(xù),極有可能發(fā)生拉薄、拉裂現(xiàn)象,所以需要進(jìn)行改善。 

模具狀態(tài)調(diào)查 

該車型側(cè)圍零件在生產(chǎn)中由4道工序完成,分別是PB,拉延成形;PC,二次成形,修邊(工藝補(bǔ)充的切除);PD,二次成形,修邊沖孔;PE,翻邊,沖孔。 

1.PB模的結(jié)構(gòu) 

拉延?；旧嫌扇蠹M成:凸模、凹模和壓邊圈。拉延工藝可將平直毛料或工序件變成曲面形。凸模是沖模中起直接成形工件作用的凸形工作件;定位擋板決定材料的位置;平衡塊可以調(diào)節(jié)上下模的間隙,起到約束力調(diào)整和吸料的作用;拉延筋控制材料的流動(dòng),調(diào)節(jié)進(jìn)料阻力。模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

 

2.圓形平衡塊接觸面積調(diào)查 

通過對圓形平衡塊接觸面積調(diào)查,得到如表3所示數(shù)據(jù)。從表3可以看出,平衡塊接觸面積均在30%以上,符合規(guī)定要求。

平衡塊接觸面積調(diào)查數(shù)據(jù) 

3.拉延筋間隙調(diào)查 

測量方法為:鉛絲旁放40mm×40mm的方板,標(biāo)準(zhǔn)壓力下進(jìn)行沖壓,測量沖壓后的鉛絲各部分厚度以獲得拉延筋間隙。測量部位及拉延筋形狀如圖3所示(鉛絲1.6mm圓形,材料板厚t=0.7mm)。按模具圖示共測量15處鉛絲數(shù)據(jù),實(shí)際測得數(shù)據(jù)如表4所示。

拉延筋間隙調(diào)查 

從表4中得知,拉延筋間隙的標(biāo)準(zhǔn)是板厚+0.2mm,大部分都在公差范圍之內(nèi)。 

4.開裂破壞實(shí)驗(yàn)結(jié)果 

所有平衡塊抽出0.1mm墊片,無墊片就取消平衡塊。觀察開裂拉薄等處,有無接觸較緊的部位。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有2處壓料較緊,已適當(dāng)放松;并且實(shí)驗(yàn)中即便有拉裂或頸縮,板厚也沒有再變薄。 

 

通過以上對模具和材料的調(diào)查試驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn):幾個(gè)部件在圖1的A位置,板厚殘存率均在75%以下;R/L(左右件)無差別;平衡塊接觸達(dá)30%以上;拉延筋間隙沒有在基準(zhǔn)以下的;沒有過緊接觸。 

網(wǎng)格應(yīng)變分析 

在正常的模具狀態(tài)下,我們采用網(wǎng)格應(yīng)變分析方法對工件的成形過程進(jìn)行模擬。一般鋼板沖壓成形中的3種變形方式:拉壓變形、平面變形和雙拉變形,分別對應(yīng)3種應(yīng)變狀態(tài):e2<0,e2=0,e2>0。 

 

詳細(xì)步驟如下:在板料上腐蝕出圓形網(wǎng)格,坯料沖壓成板件,測量零件上危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)變分布(見圖4),將測得數(shù)據(jù)填入材料的成形極限圖中分析成形安全裕度。其中,對于應(yīng)變分布的測量我們是用軟尺對成形后的圓測量。圓變成橢圓,橢圓的長徑是最大延伸,短徑是最小延伸。與成形前的圓半徑比較,短軸用負(fù)值表示,計(jì)算相應(yīng)的工程應(yīng)變,工程應(yīng)變=(Df-D0)/D0×100%。用進(jìn)行網(wǎng)格分析的各項(xiàng)參數(shù),對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,算出工程主、次應(yīng)變,e=△L/L0,如表5和圖5所示。

 

各部位所得數(shù)據(jù) 

根據(jù)測得的數(shù)據(jù),對主、次工程應(yīng)變進(jìn)行分析,并依照廠家提供的FLD(成形極限圖),在10%安全裕度的情況下,區(qū)域E(見圖4)是處于危險(xiǎn)區(qū)域,這與實(shí)際情況吻合。 

由以上調(diào)查測量結(jié)果分析得出E部位是成形破裂危險(xiǎn)點(diǎn),而且模具的成形分析也表明,門框下方是破裂危險(xiǎn)點(diǎn)。 

根據(jù)上述對模具的調(diào)查、網(wǎng)格分析及日產(chǎn)的CAE成形分析,技術(shù)人員提出了下一步的改進(jìn)方案:準(zhǔn)備將門框處的R角放大。首先,我們考慮了放大R角后對總裝工程的影響,經(jīng)過總裝相關(guān)人員現(xiàn)場調(diào)查,發(fā)現(xiàn)放大此處R角到30mm左右,后續(xù)工程裝配無影響。 

根據(jù)預(yù)測板厚減薄率的經(jīng)驗(yàn)公式,并通過實(shí)際測量得出的數(shù)據(jù),計(jì)算板厚減薄率: 

板厚殘存率=58.356-0.180×RS-0.209×r1-0.136×θ1-0.525×L+0.197×H

 

根據(jù)實(shí)際測量(見圖6),得出數(shù)據(jù)r1=23、RS=122.13、θ1=90、L=9.93、H=68.85,代入公式可得: 

板厚減薄率=27.63%。 

設(shè)想將r1=23mm放大至30mm,進(jìn)行計(jì)算可得: 

板厚減薄率=26.21%。 

可以看出,減薄率有1.42%的改善,此法可以實(shí)施。 

結(jié)語 

通過調(diào)查拉延模平衡塊接觸、拉延筋間隙、不同閉合高度下材料的流動(dòng)及網(wǎng)格應(yīng)變分析,針對這個(gè)問題得出結(jié)論:擴(kuò)大局部R圓角,成形后板厚增加,破裂的危險(xiǎn)消除,從而解決了國產(chǎn)板料頸縮、拉裂的問題。 (end)

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