CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中的應(yīng)用

1、CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中的應(yīng)用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(guò)程中容易出現(xiàn)拉裂、起皺現(xiàn)象。模具調(diào)試過(guò)程中需要浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，CAE（計(jì)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(guò)程分析。通過(guò)提前對(duì)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(jì)的合理性，減少模具實(shí)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(shí)投放市場(chǎng)。本文利用Dynaf

2、orm分析軟件,以公司G項(xiàng)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(xiàng)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(lái)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(jì)比較復(fù)雜等特點(diǎn)。3 CAE分析工作流程 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4 汽車覆蓋件工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)注意要點(diǎn) （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)

3、度要求的情況下，盡量選用屈服點(diǎn)b和屈服強(qiáng)度b /s 較低，延伸率、厚向異性指數(shù)n較高的薄板材料。 （3）壓料面應(yīng)設(shè)計(jì)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(shí)，盡量減少工藝補(bǔ)充面，提高材料利用率。 （4）根據(jù)各個(gè)部位的成形特點(diǎn)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(shí)例 5.1 三維數(shù)據(jù)的導(dǎo)入 利用UG等CAD設(shè)計(jì)軟件中對(duì)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)

4、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(duì)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。5.2 材料參數(shù)和邊界條件 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=0.32，密度=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=（0+p ）n。邊界條件如下：確定摩擦系數(shù)=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(duì)FLD（

5、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(shì)，而中心部位變形不夠充分，容易導(dǎo)致制件弓性（2）通過(guò)厚度變化圖分析，發(fā)現(xiàn)最薄處材料減薄量高達(dá)66%，已處于破裂范圍。見下圖6所示。（3）通過(guò)對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變以及載荷曲線圖分析，可以了解板材在成形過(guò)程中的各時(shí)刻點(diǎn)受力參數(shù)。見下圖7所示5.4 修邊回彈分析 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(shí)，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(duì)制件進(jìn)行了回彈分析，見下圖8、圖9、圖10所示5.5 端部側(cè)整形分析 頂蓋端部在模具設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)制件進(jìn)

6、行側(cè)整6 實(shí)際模具調(diào)試結(jié)果 圖12、圖13是最終模具實(shí)際調(diào)試的沖壓零件照片，通過(guò)實(shí)踐證明，CAE技術(shù)模擬分析在沖壓成形的過(guò)程中的準(zhǔn)確性、直觀性，從圖中可7 模具和工藝參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化 通過(guò)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(jì)時(shí)該部位不合理，經(jīng)過(guò)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(wèn)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8 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)近年來(lái)CAE分析技術(shù)的有效實(shí)施，提高了沖壓工藝水平與模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了模具制造周期，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)也驗(yàn)證了Dynaform分析軟件的可靠性，分析方法的正確性，為實(shí)際生