汽車內(nèi)飾加強(qiáng)板沖壓工藝的制定及有限元模擬分析

2013-06-15  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

  板料成形是利用模具對金屬板料進(jìn)行沖壓加工,獲得質(zhì)量輕、表面光滑、造型美觀的沖壓件。具有節(jié)省材料、效率高和低成本等優(yōu)點(diǎn),在汽車、航空、模具等行業(yè)中占據(jù)著重要地位。由于板料成形是利用板材的變形得到所需要的形狀,長期以來,困擾廣大模具設(shè)計(jì)人員的主要問題就是較長的模具開發(fā)設(shè)計(jì)周期,特別是對于復(fù)雜的板料成形零件無法準(zhǔn)確預(yù)測成形的結(jié)果,難以預(yù)防缺陷的產(chǎn)生,只能通過經(jīng)驗(yàn)或類似零件的現(xiàn)有工藝資料,通過不斷的試模,才能成功。某些特殊復(fù)雜的板料成形零件甚至制約了整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度。
   
    板料成形CAE技術(shù)及分析軟件,可以在產(chǎn)品原形設(shè)計(jì)階段進(jìn)行上件坯料形狀預(yù)示、產(chǎn)品可成形性分析以及工藝方案優(yōu)化,從而有效地縮短模具設(shè)計(jì)周期,大大減少試模時(shí)間,幫助企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,從根本上提高企業(yè)的市場競爭力。
   
    2產(chǎn)品形狀和特點(diǎn)及沖壓工藝
   
產(chǎn)品形狀如圖1所示,材料ST14,料厚1.2mm長*寬*高=430mm*340mm*220mm。該件形狀復(fù)雜,不規(guī)則,起伏大,形面變化急劇。該件有16個(gè)孔,分布在不同方向的多個(gè)面上,需要幾道沖孔工序才能完成,有一處翻邊,翻邊高度25mm,翻邊線為立體曲線。該件的輪廓線為立體曲線,不規(guī)則,為了保證修邊刃口的強(qiáng)度,需要在幾個(gè)方向_巨修邊。沖壓工藝制定如下:拉深一修邊沖孔一吊楔修邊沖孔一翻邊切開。
 

   
    3拉深件的確定
   
拉深件的確定就是確定拉深工序,是編制覆蓋件沖壓工藝首先要考慮的問題,使之不但方便于拉深,而且拉深以后還要能夠方便于修邊,又要為翻邊創(chuàng)造有利條件,因此,拉深件確定下來以后覆蓋件沖壓工藝也就基本上確定了。拉深件的形狀是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的,每個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)不一樣,因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定拉深件的形狀有一定的局限性,可能是合理的,也可能是不合理的,究競是否合理,本文利用Autoform軟件對拉深件進(jìn)行模擬分析,通過模擬分析最終確定合理的拉深件形狀。

3. 1模擬步驟
   
(1)利用UG軟件輸出已建立好的拉深件.igs文件。
   
    (2)打開Autoform軟件,建立一個(gè)新文件,輸人拉深件的.igs文件。缺省length和force的單位分別為mm和N。幾何體生成器(Geometry generator)打開,此時(shí)拉深件的形狀顯示在屏幕上。
   
    (3)利用幾何體生成器(Geometry generator)生成凸模、凹模、壓邊圈。這個(gè)界面共有8個(gè)選項(xiàng),分別為Prepare(定義壓邊圈、翻邊展開)、Fillet(檢查最小圓角、光順棱邊)、Tip(定義沖壓方向)、Modify p(修改產(chǎn)品,填充孔)、Bndry(光順產(chǎn)品邊界)、Binder(生成壓料面)、Addendum(添加工藝補(bǔ)充)、Modify T(添加凸包、余肉)。
   
    (4)選擇模擬類型( Simulation type)。模擬類型有兩種:增量法(Incremental)和一步法(One step)。選擇增量法(Incremental)。
   
    (5)利用輸入生成器(Input generator)輸人模擬參數(shù)。這個(gè)界面共有7個(gè)選項(xiàng),分別為Title(名稱)、Tools(工具)、Blank(定義毛壞、材料)Drawbead(拉深筋)、Lube(潤滑條件)、Process(定義毛坯重力方向、凸模凹模壓邊圈的運(yùn)動過程、壓邊力的大小)、Control(精度控制)。
   
    (6)加拉深筋采用等效拉深筋方式,在需要的地方加拉深筋。
   
    (7)開始計(jì)算模擬,生成*.sim文件。
   
    3. 2模擬結(jié)果分析:單動拉深
   
    拉深件左右完全對稱,因此只對拉深件的一半進(jìn)行模擬分析。
   
    (1)圖2為凹模與壓料圈閉合時(shí)毛坯的形狀,這個(gè)階段成形出拉深筋的形狀。從圖3中可以看到毛坯光順,沒有皺紋,說明壓料面的形狀設(shè)計(jì)合理,壓料面的形狀對拉深成形十分有利。
 

   
    (2)圖3為拉深過程的一個(gè)中間過程,拉深凹模差30mm到達(dá)下死點(diǎn)。從這個(gè)狀態(tài)可以看出,毛坯變形均勻,沒有出現(xiàn)大的皺紋,沒有破裂現(xiàn)象發(fā)生。實(shí)際上可以觀察到拉深過程每個(gè)瞬間的狀態(tài),認(rèn)真分析就能判斷出材料的流動規(guī)律,這對確定沖壓工藝參數(shù)〔如毛坯的大小,拉深筋的形狀、位置等)起到十分重要的作用。
 

   
    (3)圖4為拉深結(jié)束時(shí),拉深件的成形性云圖。綠色表示變形充分,形成性好;灰色表示變形不充分;紫色表示壓應(yīng)力狀態(tài);紅色表示破裂?？梢钥吹叫捱吘€以內(nèi)的區(qū)域?yàn)榫G色,說明變形充分,只有局部一點(diǎn)為灰色,說明變形基本滿足要求。壓料面灰色區(qū)域,說明變形不充分,壓料面紫色區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力狀態(tài),沒有皺紋。從這張?jiān)茍D上,可以判斷該件能夠通過拉深工序拉深出來。

    
    (4)圖5為拉深件的厚度變化云圖,用來分析每一點(diǎn)厚度的變化率,即板料厚度變化值與料厚的比值。如圖所示修邊線以內(nèi)的區(qū)域變薄率小于2100非常安全,不會破裂,修邊線以外的區(qū)域,即工藝補(bǔ)充部分有一處變薄率為27.900,這個(gè)區(qū)域極度變薄,可以通過修改拉深件數(shù)學(xué)模型,放大該處圓角半徑,或者調(diào)試時(shí)放大圓角半徑,問題就可以解決。
  

  
    (5)圖6為分析結(jié)果的FLC曲線,即成形極限圖,作為判斷破裂的依據(jù)。由圖6可以看出所有的點(diǎn)都在曲線的下方,且有一定的距離,說明沒有破裂的情況發(fā)生,且有一定的安全性。
 

   
    (6)圖7為拉深力的變化過程,即拉深力,J時(shí)間步的對應(yīng)關(guān)系,時(shí)間步指得是凹模從最高點(diǎn)向下運(yùn)動,直到與凸模閉合所走的距離,相當(dāng)于壓力機(jī)滑塊的行程。這是一條非常有用的曲線,可以計(jì)算拉深力的大小,用來選擇拉深設(shè)備。圖示最大拉深力F為1400kN,這是一半制件的最大拉深力,所以需要乘以2,安全系數(shù)為2,總拉深力為:  P=2*F*2=2*1400*2=5600kN
 

   
(7)根據(jù)上述的CAF分析結(jié)果,對拉深件的形狀進(jìn)行修改,放大了極度變薄處的圓角半徑,最終確定合理的拉深件的形狀,如圖8所示。
     
    (8)用Autoform中"一步法"確定毛料尺寸。如圖9,根據(jù)Autoform中"一步法"確定拉深件的展開尺寸,以此為依據(jù)確定拉深件毛坯尺寸:
  
    長*寬*厚=1140*575*1.2(mm)
   
    (9)在壓力機(jī)上進(jìn)行試沖,在沖出的拉深件上選33個(gè)點(diǎn),用厚度測量儀對其進(jìn)行厚度測量,厚度變化率最大18寫,滿足產(chǎn)品對厚度變化率的要求,同時(shí)不會產(chǎn)生破裂。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),實(shí)際沖壓得到的拉深件與模擬分析結(jié)果完全一致。參見圖10及表1。

    4結(jié)束語
   
    產(chǎn)品的沖壓模具已制造完成,并投人生產(chǎn)使用。在模具的調(diào)試過程中,發(fā)現(xiàn)板料沖壓成形的過程與CAE模擬成形的過程驚人的一致。
   
    通過CAE分析,制定出合理的拉深件形狀,極大地提高了沖壓工藝的可靠性和準(zhǔn)確性及產(chǎn)品質(zhì)量從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的周期,主要優(yōu)點(diǎn)概括如下:
   
    (1)通過對工件的可成形工藝性分析,做出是否可制造的早期判斷,通過對模具方案和沖壓方案的模擬分析,及時(shí)調(diào)整修改模具結(jié)構(gòu),減少實(shí)際試模次數(shù),縮短開發(fā)周期。
   
    (2)通過缺陷預(yù)測來制定缺陷預(yù)防措施,改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì),增強(qiáng)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及沖壓方案的可靠性,從而減少生產(chǎn)成本。
   
    (3)通過CAE分析可以擇優(yōu)選擇材料,可制造復(fù)雜的沖壓件,并對各種成形參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
   
    (4) CAE技術(shù)的應(yīng)用不僅可以彌補(bǔ)工藝人員在經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用工藝資料方面的不足,還可以通過虛擬的沖壓模擬,提高工藝人員的經(jīng)驗(yàn)。
   
    在模具制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家,100%的主要車身覆蓋件都要經(jīng)過沖壓模擬的檢驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)的成熟應(yīng)用可以大大提高我公司的產(chǎn)品競爭力,所以我們要努力完善和發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)。

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