優(yōu)化沖壓工藝？試試AUTOFORM模擬

2017-04-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

汽車行業(yè)是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志,隨著經(jīng)濟(jì)全球化和世界市場一體化的加速發(fā)展,汽車制造業(yè)內(nèi)部之間的競爭愈加激烈。傳統(tǒng)的串行開發(fā)流程存在著設(shè)計早期不能全面考慮后續(xù)過程的多種要求、上下游工序之間信息交流不及時、開發(fā)成本高和時間長等不足,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足汽車更新?lián)Q代的要求。同時由于計算數(shù)學(xué)、計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,以及沖壓成形理論研究的不斷深入,沖壓成形CAE技術(shù)已經(jīng)成熟地作為模型及主斷面檢查、工程化階段工藝分析的主要手段,被廣泛地應(yīng)用于提高汽車和模具的設(shè)計工藝水平,在縮短新車型的開發(fā)周期、減少新車型的開發(fā)成本等方面,發(fā)揮著越來越重要的作用。

CAE從20世紀(jì)60年代初在工程上開始應(yīng)用至今,已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展,其理論和算法都已十分成熟。沖壓成形CAE技術(shù)在車身開發(fā)中的作用主要表現(xiàn)在以下方面:評定沖壓產(chǎn)品的可成形性,通過模擬坯料在沖壓過程中的真實(shí)情況,定量地確定缺陷產(chǎn)生的部位,減少模具設(shè)計方案的風(fēng)險;對零部件材料成本和工具成本進(jìn)行評估;為工藝驗(yàn)證和快速試模提供模面、毛坯和基本工藝參數(shù),縮短研發(fā)周期,降低試模成本。

沖壓成形常用的CAE分析軟件

目前,沖壓成形常用的CAE分析軟件包括AUTOFORM、Dynaform和Pamstamp等。它們能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能包括板料展開、模面設(shè)計、網(wǎng)格劃分、條件設(shè)置、精確分析、快速分析和結(jié)果后處理等。本文采用AUTOFORM軟件進(jìn)行分析,它是用于板料成形模擬的專用軟件包,將全球眾多汽車制造商和供應(yīng)商廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)融入其中,并采取用戶需求驅(qū)動的開發(fā)策略,保證提供最新的技術(shù),方便地求解工藝及模具設(shè)計涉及的復(fù)雜板料成形問題。它的顯著特點(diǎn)是:支持Windows和Unix操作系統(tǒng),提供從產(chǎn)品概念設(shè)計直至最后模具設(shè)計的完整的解決方案;特別適用于復(fù)雜的深拉延和拉延成形模的設(shè)計,沖壓工藝和模具設(shè)計的驗(yàn)證,成形參數(shù)的優(yōu)化,材料與潤滑劑消耗的最小化,新板料(如拼焊板和復(fù)合板)的評估和優(yōu)化;快速易用、有效、魯棒(Robust)和可靠;直接由設(shè)計師來完成模擬,不需要大的硬件投資及資深模擬分析專家,其高質(zhì)量的結(jié)果能很快用來評估,在縮短產(chǎn)品和模具的開發(fā)驗(yàn)證時間、降低產(chǎn)品開發(fā)和模具制作成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面效果顯著,給企業(yè)帶來了明顯的競爭優(yōu)勢和市場機(jī)遇。

左/右后門檻內(nèi)板拉延過程的計算機(jī)仿真

左/右后門檻內(nèi)板屬于內(nèi)板件,需經(jīng)過拉延、修邊沖孔、翻邊整形和沖孔側(cè)沖孔分離等工序。該件屬于精度件,在生產(chǎn)過程中,焊接區(qū)域常常出現(xiàn)起皺,直接影響焊接質(zhì)量,且起皺部位易造成兩側(cè)回彈及扭曲,后續(xù)整形難以校正到位。本文通過應(yīng)用AUTOFORM軟件可以模擬板料成形的過程,為完善模面設(shè)計方案和修模提供依據(jù)。

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左右后門檻內(nèi)板起皺部位

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形面的幾何模型

1.初始拉延工藝設(shè)計

初始形面設(shè)計主要依靠工藝設(shè)計人員的豐富經(jīng)驗(yàn)完成。它包括產(chǎn)品面、補(bǔ)充面、壓料面和拉延筋。產(chǎn)品面由零件的幾何形狀所決定;補(bǔ)充面、壓料面和拉延筋則是為了使產(chǎn)品面達(dá)到成形要求而增加的。

(1)壓料面

復(fù)雜造型的產(chǎn)品件,衡量其成形性好壞,不僅要看產(chǎn)品部分是否有充分的塑性變形,而且要看變形的部分是否均勻。產(chǎn)品成形性的好壞很大程度上取決于拉延深度的大小,成形性越好的零件,產(chǎn)品件的剛性越好,且回彈小,有利于后序整形獲得精度更高的產(chǎn)品。壓料面的位置都是根據(jù)適當(dāng)?shù)睦由疃葲Q定的。初步計算左/右后門檻內(nèi)板的拉延深度為18~117?mm。

(2)補(bǔ)充面

補(bǔ)充面是指從產(chǎn)品面邊緣延伸出來到壓料面的過渡面,補(bǔ)充面的設(shè)計要使拉延面盡可能圓滑,有利于材料的流動,有時為了改善材料的流動狀況而增加突出等結(jié)構(gòu)。做補(bǔ)充面前要去掉產(chǎn)品面中的翻邊部分,如有后序整形,可以適當(dāng)放大產(chǎn)品部分的圓角和補(bǔ)充面的拔模斜度。

(3)凹模圓角

根據(jù)工藝人員的經(jīng)驗(yàn),初步設(shè)定凹模圓角半徑為10?mm。

(4)拉延筋

拉延筋是為增加拉伸時板料流動阻力而設(shè)置在模具的。形狀包括方形拉伸筋和半圓形截面拉伸筋,阻力再大一點(diǎn)的有拉伸坎。它是用來控制和改善材料流動狀況的,初步設(shè)計拉延筋半徑為4?mm,高度為5?mm。

2.計算機(jī)軟件AUTOFORM仿真

按照初設(shè)工藝條件進(jìn)行仿真計算,板料厚度為1.5?mm,材料為馬鋼的H340LAD+ZF,摩擦系數(shù)為0.16。

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初始條件仿真結(jié)果

從CAE模擬結(jié)構(gòu)看,整個模面為兩頭高、中間低,成形過程中兩側(cè)向中間趕料,而中間部分造型無法充分吸收材料,從而造成起皺,同時帶來的內(nèi)應(yīng)力使得兩側(cè)成形難以保證穩(wěn)定。

3.工藝改進(jìn)

為消除起皺問題,將零件拼合部分對調(diào),使位置較高部分放在模具中間,并在工藝補(bǔ)充部分增加吸料包,采用全筋,高度為6?mm,從模擬效果來看,大部分形面成形充分,起皺部分未爬到產(chǎn)品件上,現(xiàn)場實(shí)物狀態(tài)與模擬狀態(tài)一致,產(chǎn)品件狀態(tài)良好,基本沒有起皺。

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工藝改進(jìn)后的仿真結(jié)果

目前,在國內(nèi)不隸屬于整車企業(yè)的獨(dú)立研發(fā)中,多數(shù)對沖壓成形CAE技術(shù)的應(yīng)用剛剛起步,缺少工藝分析專業(yè)人才以及有豐富實(shí)際沖壓經(jīng)驗(yàn)的相關(guān)專家,產(chǎn)品的工藝分析任務(wù)通常是外包給模具制造商,在產(chǎn)品更改的問題上缺少數(shù)據(jù)支持,常常處于被動地地位,不利于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展和品牌樹立。汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)需要將自身培養(yǎng)和外部引進(jìn)兩種方式相結(jié)合,建設(shè)一支既有實(shí)際沖壓經(jīng)驗(yàn)又懂工藝分析的技術(shù)人才隊伍,從而有效地減少沖壓零件發(fā)布后的工程修改,降低設(shè)計成本,提高工作效率,提升設(shè)計能力,提高顧客滿意度。

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