搜索汽車內飾加強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行沖壓加工,獲得質量輕、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,在汽車、航空、模具等行業(yè)中占據著重要地位。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,困擾廣大模具設計人員的主要問題就是較長的模具開發(fā)設計周期,特別是對于復雜的板料成形零件無法準確預測成形的結果,難以預防缺陷的產生,只能通過經驗或類似零件的現有工藝資料,通過不斷的試模,才能成功。某些特殊復雜的板料成形零件甚至制約了整個產品的開發(fā)進度。
板料成形CAE技術及分析軟件,可以在產品原形設計階段進行上件坯料形狀預示、產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計周期,大大減少試模時間,幫助企業(yè)改進產品質量,降低生產成本,從根本上提高企業(yè)的市場競爭力。
2產品形狀和特點及沖壓工藝
產品形狀如圖1所示,材料ST14,料厚1.2mm長*寬*高=430mm*340mm*220mm。該件形狀復雜,不規(guī)則,起伏大,形面變化急劇。該件有16個孔,分布在不同方向的多個面上,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度,需要在幾個方向_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經驗確定的,每個人的經驗不一樣,因此根據經驗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。這個界面共有8個選項,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(修改產品,填充孔)、Bndry(光順產品邊界)、Binder(生成壓料面)、Addendum(添加工藝補充)、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。這個界面共有7個選項,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)開始計算模擬,生成*.sim文件。
3. 2模擬結果分析:單動拉深
拉深件左右完全對稱,因此只對拉深件的一半進行模擬分析。
(1)圖2為凹模與壓料圈閉合時毛坯的形狀,這個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計合理,壓料面的形狀對拉深成形十分有利。
(2)圖3為拉深過程的一個中間過程,拉深凹模差30mm到達下死點。從這個狀態(tài)可以看出,毛坯變形均勻,沒有出現大的皺紋,沒有破裂現象發(fā)生。實際上可以觀察到拉深過程每個瞬間的狀態(tài),認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〔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為拉深結束時,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;紫色表示壓應力狀態(tài);紅色表示破裂。可以看到修邊線以內的區(qū)域為綠色,說明變形充分,只有局部一點為灰色,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)域為壓應力狀態(tài),沒有皺紋。從這張云圖上,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,即工藝補充部分有一處變薄率為27.900,這個區(qū)域極度變薄,可以通過修改拉深件數學模型,放大該處圓角半徑,或者調試時放大圓角半徑,問題就可以解決。
(5)圖6為分析結果的FLC曲線,即成形極限圖,作為判斷破裂的依據。由圖6可以看出所有的點都在曲線的下方,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時間步的對應關系,時間步指得是凹模從最高點向下運動,直到與凸模閉合所走的距離,相當于壓力機滑塊的行程。這是一條非常有用的曲線,可以計算拉深力的大小,用來選擇拉深設備。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,安全系數為2,總拉深力為: P=2*F*2=2*1400*2=5600kN
(7)根據上述的CAF分析結果,對拉深件的形狀進行修改,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Autoform中"一步法"確定拉深件的展開尺寸,以此為依據確定拉深件毛坯尺寸:
長*寬*厚=1140*575*1.2(mm)
(9)在壓力機上進行試沖,在沖出的拉深件上選33個點,用厚度測量儀對其進行厚度測量,厚度變化率最大18寫,滿足產品對厚度變化率的要求,同時不會產生破裂。根據上述實驗,實際沖壓得到的拉深件與模擬分析結果完全一致。參見圖10及表1。
4結束語
產品的沖壓模具已制造完成,并投人生產使用。在模具的調試過程中,發(fā)現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確性及產品質量從設計到生產的周期,主要優(yōu)點概括如下:
(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,及時調整修改模具結構,減少實際試模次數,縮短開發(fā)周期。
(2)通過缺陷預測來制定缺陷預防措施,改進產品設計和模具設計,增強模具結構設計以及沖壓方案的可靠性,從而減少生產成本。
(3)通過CAE分析可以擇優(yōu)選擇材料,可制造復雜的沖壓件,并對各種成形參數進行優(yōu)化,提高產品質量。
(4) CAE技術的應用不僅可以彌補工藝人員在經驗和應用工藝資料方面的不足,還可以通過虛擬的沖壓模擬,提高工藝人員的經驗。
在模具制造業(yè)發(fā)達的國家,100%的主要車身覆蓋件都要經過沖壓模擬的檢驗。這項技術的成熟應用可以大大提高我公司的產品競爭力,所以我們要努力完善和發(fā)展這項技術。
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