CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中應(yīng)用技術(shù)

1、CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中的應(yīng)用2007-1-17 14:13:00 進(jìn)入論壇摘要：本文簡(jiǎn)述了 CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖圧成形中的應(yīng)用，通過對(duì)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(shí)踐證明，分析計(jì)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(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。近年來隨著計(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)口

2、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(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 件沖圧成形的可行性。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Dynaform分析軟件， 以公司G工程中的頂蓋產(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工程標(biāo)準(zhǔn)短軸距頂蓋產(chǎn)品，其材料為SPCC,料 厚t二09mm,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

3、補(bǔ)充以及后續(xù)模具設(shè)計(jì)比較復(fù)雜等特點(diǎn)。圖1頂蓋產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型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。圖2 CAE分析工作流程圖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)度要求的情況下，盡量選用屈服點(diǎn) ob和屈服強(qiáng)度ob /os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

4、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)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。圖4等效筋設(shè)置5

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二202MP&,泊松 比u=0. 32,密度P=7. 6X106,硬化系數(shù)K=0. 57MPa,硬化指數(shù)n二0. 238,各向 異性指數(shù) ro二 1.67, r45二 1. 32 r90二2. 32,硬化曲線 o 二 k （ 0+ p ） n。邊 界條件如下：確定摩擦系數(shù)二0.125,壓邊力為350KNo5.3模擬分析結(jié)果研究（1）根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)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(shì)，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。ILO.ilvdWhtf!5T0WWMKDL

6、 IEMHKCY圖5 FLD （成形極限圖）（2）通過厚度變化圖分析，發(fā)現(xiàn)最薄處材料減薄量高達(dá)66陰 已處于破裂 范用。見下圖6所示。圖6模擬分析后板材厚度變化圖（3）通過對(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程中 的各時(shí)刻點(diǎn)受力參數(shù)。見下圖7所示。圖7模擬分析后應(yīng)變分布圖5.4修邊回彈分析山于頂蓋產(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F圖8、圖9、圖10所示。B圖10 B-B切面線圖5.5端部側(cè)整形分析頂蓋端部在模具設(shè)計(jì)時(shí)釆用非標(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

7、或變形不充分現(xiàn)象，為此要求對(duì)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(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，通過實(shí)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(shí)際調(diào)試照片圖13模具實(shí)際調(diào)試照片（角部）7模具和工藝參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化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)訃時(shí)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，半徑山R6、高度5mm改為R3,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(shí)際調(diào)試照片（角部）8結(jié)束語通過近年來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