搜索CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中的應(yīng)用
2017-01-04 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
摘要:本文簡述了CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中的應(yīng)用,通過對拉延工序進(jìn)行沖壓成形模擬分析,提前預(yù)知成形缺陷,并采取有效措施,進(jìn)行工藝參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化。實踐證明,分析計算縮短了模具制造周期,減少了模具調(diào)試次數(shù),節(jié)約了生產(chǎn)成本。關(guān)鍵詞:CAE技術(shù);沖壓成形;模具調(diào)試
1 前言
汽車覆蓋件具有外形尺寸較大,材料比較薄,型面起伏復(fù)雜,尺寸精度與表面質(zhì)量要求較高,在拉伸成形過程中容易出現(xiàn)拉裂、起皺現(xiàn)象。模具調(diào)試過程中需要浪費大量的人力、物力和財力。近年來隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,CAE(計算機(jī)輔助工程)技術(shù)目前已經(jīng)在各大汽車模具廠廣泛用于產(chǎn)品模擬分析、沖壓板材成形過程分析。通過提前對產(chǎn)品可能出現(xiàn)的成形缺陷進(jìn)行研究,預(yù)示汽車覆蓋件沖壓成形的可行性。根據(jù)理論上的模擬分析結(jié)果,提高產(chǎn)品工藝補(bǔ)充設(shè)計的合理性,減少模具實際調(diào)試次數(shù),近而達(dá)到縮短模具制造周期、降低生產(chǎn)調(diào)試成本,提高企業(yè)生產(chǎn)效能,保證新車型及時投放市場。本文利用Dynaform分析軟件,以公司G項目中的頂蓋產(chǎn)品分析為例,介紹CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形的應(yīng)用。
2 產(chǎn)品介紹
圖1所示為我公司最近開發(fā)G項目標(biāo)準(zhǔn)短軸距頂蓋產(chǎn)品,其材料為SPCC,料厚t=0.9mm,整體來看,具有材料較薄,外形尺寸較大,端部型面極不規(guī)則,成形困難,沖壓工藝補(bǔ)充以及后續(xù)模具設(shè)計比較復(fù)雜等特點。
圖1 頂蓋產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型
CAE分析技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形應(yīng)用中的工作流程,見下圖2所示。
圖2 CAE分析工作流程圖
(1)選定合適的沖壓方向,保證凸模將工件一次拉伸到位,凸模兩側(cè)包容角盡可能保持一致,周邊進(jìn)料均勻,盡可能降低拉伸深度,并盡量深度均勻。
(2)選用合適板材,一般在滿足產(chǎn)品強(qiáng)度要求的情況下,盡量選用屈服點σb和屈服強(qiáng)度σb /σs 較低,延伸率δ、厚向異性指數(shù)n較高的薄板材料。
(3)壓料面應(yīng)設(shè)計為平面、單曲面或曲率半徑很小的雙曲面,使材料各處變形均勻,在不產(chǎn)生褶皺的情況下,易于材料流入,同時,盡量減少工藝補(bǔ)充面,提高材料利用率。
(4)根據(jù)各個部位的成形特點有效設(shè)置拉延筋及參數(shù),并考慮制件的定位以及取放件操作的方便性、安全性。
5 CAE模擬分析實例
5.1 三維數(shù)據(jù)的導(dǎo)入
利用UG等CAD設(shè)計軟件中對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行整理,確定相關(guān)材料、料厚及其偏置方向等相關(guān)參數(shù),避免存在重疊面、尖角、漏洞等現(xiàn)象,包括沖壓方向、工藝補(bǔ)充面等,而后導(dǎo)入Dynaform分析軟件中,為了得到均勻規(guī)則的分析網(wǎng)格,提高分析精度,要進(jìn)一步檢查片體是否存在負(fù)角,并對局部尖角部位進(jìn)行型面光順,然后設(shè)置當(dāng)前層,并進(jìn)行網(wǎng)格劃分,分別建立有限元凹模、壓料圈、和毛坯模型。下圖3、圖4為頂蓋拉延模的有限元模型。
圖4 等效筋設(shè)置
汽車頂蓋材料采用日本標(biāo)準(zhǔn)SPCC,厚度0.9mm,楊氏模量E=202MPa,泊松比υ=0.32,密度ρ=7.6X106,硬化系數(shù)K=0.57MPa,硬化指數(shù)n=0.238,各向異性指數(shù)ro=1.67,r45=1.32 r90=2.32,硬化曲線σ=κ(ε0+εp )n。邊界條件如下:確定摩擦系數(shù)μ=0.125,壓邊力為350KN。
5.3 模擬分析結(jié)果研究
(1)根據(jù)模擬結(jié)果,對FLD(成形極限圖)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)端部變形嚴(yán)重,有開裂趨勢,而中心部位變形不夠充分,容易導(dǎo)致制件弓性回彈,見下圖5所示。
圖5 FLD(成形極限圖)
圖6 模擬分析后板材厚度變化圖
圖7 模擬分析后應(yīng)變分布圖
由于頂蓋產(chǎn)品本身具有制件形體寬度較大,在剛性不足時,很容易產(chǎn)生下榻或弓起回彈現(xiàn)象,為了更好的進(jìn)行控制修邊后的回彈,對制件進(jìn)行了回彈分析,見下圖8、圖9、圖10所示。
圖8 回彈分析圖
圖9 A-A切面線圖
圖10 B-B切面線圖
頂蓋端部在模具設(shè)計時采用非標(biāo)斜楔進(jìn)行側(cè)向整形,加上凸包部位多料,很可能產(chǎn)生下起皺或變形不充分現(xiàn)象,為此要求對制件進(jìn)行側(cè)整形分析,工具定義見下圖11所示。
1、壓料板 2、凸模 3、毛坯 4、凹模
圖11 側(cè)整形分析工具圖 6 實際模具調(diào)試結(jié)果
圖12、圖13是最終模具實際調(diào)試的沖壓零件照片,通過實踐證明,CAE技術(shù)模擬分析在沖壓成形的過程中的準(zhǔn)確性、直觀性,從圖中可以看出,角部開裂與模擬結(jié)果完全吻合。
圖12 模具實際調(diào)試照片
圖13 模具實際調(diào)試照片(角部)
通過模擬分析可以看出,周邊局部開裂以及變形不充分,表明在進(jìn)行工藝補(bǔ)充設(shè)計時該部位不合理,經(jīng)過多次模擬分析研究,最終將局部拉延筋變淺、圓角稍微放大,半徑由R6、高度5mm改為R5,高度4mm,提高模具表面光潔度、減少摩擦阻力等措施,重而使問題得到解決,沖壓出合格的拉延件,促進(jìn)了后續(xù)模具的正常開發(fā),保證了生產(chǎn)進(jìn)度。見下圖14所示。
圖14 模具實際調(diào)試照片(角部)
通過近年來CAE分析技術(shù)的有效實施,提高了沖壓工藝水平與模具設(shè)計質(zhì)量,縮短了模具制造周期,降低了生產(chǎn)成本。同時也驗證了Dynaform分析軟件的可靠性,分析方法的正確性,為實際生產(chǎn)提供了有效依據(jù)。在今后的工作中,為了更有效的用于指導(dǎo)模具調(diào)試,還需要大家不斷地探索與總結(jié),使相關(guān)參數(shù)的設(shè)置與模具實際調(diào)試的影響因素緊密結(jié)合起來,建立核心數(shù)據(jù)庫,最終才能達(dá)到一次試模成功的目的。
[參考文獻(xiàn)]
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