基于的Autoform的連續(xù)變截面板沖壓分析

2016-11-11 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

隨著汽車行業(yè)對(duì)節(jié)能、降耗的愈加重視,在實(shí)現(xiàn)大,使得零件調(diào)試難度增加,降低了企業(yè)生產(chǎn)效率。汽車輕量化方面有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的變截面板應(yīng)用更廣,逐步打破了傳統(tǒng)的汽車用板材一般是都單一材質(zhì)、同厚度的現(xiàn)狀。變截面板的最大特點(diǎn)是厚度、材質(zhì)的非均勻性。目前變截面板主要分為兩大類:激光拼焊板和連續(xù)變截面輥軋板。

連續(xù)變截面輥軋板是利用近幾年新興的柔性軋制cae仿真技術(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和調(diào)整軋輥的間距來(lái)獲取沿軋制方向上按預(yù)先定的厚度連續(xù)變化的板材。應(yīng)用連續(xù)變截面輥軋板做車身覆蓋件時(shí),需要在車身設(shè)計(jì)階段考慮到加工中鋼板各個(gè)部位的實(shí)際受力和變形以及整車的承載情況,從而確定覆蓋件的厚度變化范圍。例如可以在覆蓋件受力較大或成形變形較大的部位增加板料厚度,既保證了車身整體剛度又實(shí)現(xiàn)了汽車輕量化的目的。雖然連續(xù)變截面板有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),但成型過(guò)程與模具設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題限制了其實(shí)際推廣。

目前等厚板材沖壓成型有限元分析與模具設(shè)計(jì)已經(jīng)相當(dāng)成熟,變截面薄板可以借鑒等厚板材的分析、設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)又需總結(jié)材料自身的特點(diǎn),建立新的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)于連續(xù)變截面薄板的沖壓仿真,由于厚度的連續(xù)變化造成板料變形模式,數(shù)學(xué)模型等都與等厚板不同,導(dǎo)致仿真的結(jié)果與偏差較大,使得零件調(diào)試難度增加,降低了企業(yè)生產(chǎn)效率。因此建立適合變截面板料的沖壓方法對(duì)于其應(yīng)用相推廣有重要作用。

本文以某前縱梁零件為例,提出一種基于Autoform連續(xù)變截面板沖壓分析方法。

板斗成形數(shù)值模擬理論

Autoform軟件是目前最為通用的板料成型有限元軟件,采用隱式算法。在靜態(tài)隱式算法中,認(rèn)為板料成形是一個(gè)忽略慣性力的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

目前常用牛頓法和修正牛頓法來(lái)求解非線性方程組問(wèn)題,牛頓法在每次迭代中都需要形成一個(gè)新的剛度矩陣,效率較低。在修正牛頓法中,在每一次迭代中用位移增量對(duì)幾何構(gòu)型進(jìn)行修正并計(jì)算一個(gè)新的載荷,節(jié)省了形成剛度矩陣的時(shí)間,效率較高。這兩種方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn),牛頓法的可靠性更高,但是修正牛頓法的計(jì)算效率更高。

CAE分析算列

如圖1為某車型縱梁零件,該零件由連續(xù)變截面板沖壓成型,板料厚度從兩端的過(guò)渡到中間部位0.7mm。表1列出了TRB材料屬性,其材質(zhì)為H420LAD高強(qiáng)鋼。

圖1 零件圖

零件工藝方案確定

參考等厚板材沖壓技術(shù)分析本零件,此TRB縱梁要經(jīng)過(guò)拉延、修邊、整形、沖孔等工序。

1.壓料面

壓料面是工藝補(bǔ)充的重要部分,對(duì)拉延過(guò)程起重要作用。拉延時(shí),凸模的成形力與壓料面上的阻力共同構(gòu)成毛坯的成形力,使毛坯產(chǎn)生塑性變形。其設(shè)置是否合理,直接影響到壓料面毛坯向凹模內(nèi)的流動(dòng)方向與速度、毛坯變形的分布與大小、破裂和起皺的產(chǎn)生等。由于此縱梁零件有凸緣邊,通常會(huì)以凸緣為基準(zhǔn),外延部分距離生成壓料面。

2.工藝補(bǔ)充

工藝補(bǔ)充部分對(duì)拉延有重要影響,其直接影響到拉延成形時(shí)工藝參數(shù)、毛述的變性條件、變形量大小、變形分布、表面質(zhì)量、破裂、起皺等質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)考察此零件的外形特征,考慮采用兩段開口的方式拉延,提高材料利用率。另外,在側(cè)壁部分的工藝補(bǔ)充,添加處加強(qiáng)筋以提高零件的拉延充分性,減少回彈量。

拉延工藝造型由分析師借助三維造型軟件NX完成,建立好點(diǎn)的工藝造型型面如圖2。

圖2 拉延造型

有限元模型的建立

將在NX中建立好的工藝造型面,以IGES格式導(dǎo)入Autoform中進(jìn)行沖壓仿真設(shè)置。

1.拉延筋設(shè)置

拉延筋調(diào)整和控制材料流動(dòng),對(duì)板料成形工藝影響較大。本次模擬采用虛擬拉延筋,拉延筋分布及參數(shù)如圖3。

圖3 拉延筋布置與參數(shù)

2.板料分段

根據(jù)TRB材料厚度連續(xù)變化的特點(diǎn),本文提出了通過(guò)設(shè)置板料分段呈階梯均勻變化近似模擬真實(shí)板料的連續(xù)變化過(guò)程。此厚度變化從兩端的連續(xù)均勻變化至,故模擬時(shí)考慮以的單位大小呈階梯型變化模擬實(shí)際板料的均勻變化,在Autoform中將板料分為等分通過(guò)中自帶的激光拼焊功能將各個(gè)部分板料相連。

計(jì)算結(jié)果cae軟件分析

設(shè)定好各項(xiàng)參數(shù)之后,提交Autoform計(jì)算。除了局部凸包與加強(qiáng)筋位置出現(xiàn)細(xì)微開裂風(fēng)險(xiǎn)外,其它部分均顯示出合理的沖壓結(jié)果。考慮到此TRB、縱梁U型截面形狀及較高的屈服強(qiáng)度,其在成形后必定會(huì)有較大的回彈。在成形性分析完畢之后,添加回彈分析。回彈分析計(jì)算如圖4所示。