側圍板料開裂及對應模具分析

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,然而使用進口的原材料對于當前急需降成本的汽車企業(yè)來說卻是一個相當重的負擔。在汽車生產過程中,實現(xiàn)材料國產化,無疑是降低汽車生產成本的有效措施。但是,一輛汽車融合了諸多先進的生產技術,要想實現(xiàn)材料國產化,需要相關企業(yè)開展更廣泛的協(xié)同合作。

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

材料分析

為了更準確地找到側圍板料開裂的原因,技術人員對兩廂和三廂汽車側圍材料進行了比較,開展生產調查。

通過實際生產調查,統(tǒng)計生產總量和殘次品的數(shù)量,見表1。從表1中可以看出,車輛側圍缺陷主要是開裂和頸縮。經過現(xiàn)場調試,左側圍通過調整氣墊壓力或平衡塊,問題可以消除;右側圍在添加了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,技術人員調查了板厚殘存。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。

圖1 兩廂車側圍板料開裂

不同車型左右側圍A處數(shù)據(jù)

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

模具狀態(tài)調查

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

1.PB模的結構

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;平衡塊可以調節(jié)上下模的間隙,起到約束力調整和吸料的作用;拉延筋控制材料的流動,調節(jié)進料阻力。模具結構如圖2所示。

圖2 模具結構

2.圓形平衡塊接觸面積調查

通過對圓形平衡塊接觸面積調查,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。

平衡塊接觸面積調查數(shù)據(jù)

3.拉延筋間隙調查

測量方法為:鉛絲旁放40mm×40mm的方板,標準壓力下進行沖壓,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),實際測得數(shù)據(jù)如表4所示。

拉延筋間隙調查

從表4中得知,拉延筋間隙的標準是板厚+0.2mm,大部分都在公差范圍之內。

4.開裂破壞實驗結果

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。經過試驗發(fā)現(xiàn)有2處壓料較緊,已適當放松;并且實驗中即便有拉裂或頸縮,板厚也沒有再變薄。

圖3 測量部位及拉延筋形狀

通過以上對模具和材料的調查試驗,我們發(fā)現(xiàn)以下幾個特點:幾個部件在圖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30%以上;拉延筋間隙沒有在基準以下的;沒有過緊接觸。

網(wǎng)格應變分析

在正常的模具狀態(tài)下,我們采用網(wǎng)格應變分析方法對工件的成形過程進行模擬。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3種應變狀態(tài):e2<0,e2=0,e2>0。

圖4 危險區(qū)域分布

詳細步驟如下:在板料上腐蝕出圓形網(wǎng)格,坯料沖壓成板件,測量零件上危險區(qū)域的應變分布(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,短軸用負值表示,計算相應的工程應變,工程應變=(Df-D0)/D0×100%。用進行網(wǎng)格分析的各項參數(shù),對測得的數(shù)據(jù)進行計算,算出工程主、次應變,e=△L/L0,如表5和圖5所示。

圖5 正常狀態(tài),與FLC接近的點是破裂危險點

各部位所得數(shù)據(jù)

根據(jù)測得的數(shù)據(jù),對主、次工程應變進行分析,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)是處于危險區(qū)域,這與實際情況吻合。

由以上調查測量結果分析得出E部位是成形破裂危險點,而且模具的成形分析也表明,門框下方是破裂危險點。

根據(jù)上述對模具的調查、網(wǎng)格分析及日產的CAE成形分析,技術人員提出了下一步的改進方案:準備將門框處的R角放大。首先,我們考慮了放大R角后對總裝工程的影響,經過總裝相關人員現(xiàn)場調查,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)預測板厚減薄率的經驗公式,并通過實際測量得出的數(shù)據(jù),計算板厚減薄率:

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

R角的驗證

根據(jù)實際測量(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%。

設想將r1=23mm放大至30mm,進行計算可得:

板厚減薄率=26.21%。

可以看出,減薄率有1.42%的改善,此法可以實施。

結語

通過調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及網(wǎng)格應變分析,針對這個問題得出結論:擴大局部R圓角,成形后板厚增加,破裂的危險消除,從而解決了國產板料頸縮、拉裂的問題。 (end)

開放分享：優(yōu)質有限元技術文章,助你自學成才