保險(xiǎn)杠沖壓成型有限元模擬

1、保險(xiǎn)杠沖壓成型有限元模擬汪祥支胡乃兵韓君龍白鳳梅鄭光文（安徽華菱汽車(chē)集團(tuán)有限公司；安徽工業(yè)大學(xué)）【摘要】利用三維軟件對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠進(jìn)行了三維建模，并轉(zhuǎn)換到中建立了該零件的有限元分析模型。分析結(jié)果表明，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)零件的成型狀態(tài)基本吻合，可反映零件的成型規(guī)律。通過(guò)有限元模型對(duì)保險(xiǎn)杠拉深后出現(xiàn)缺陷的原因進(jìn)行了分析，提出在基本工藝條件不變的情況下，選擇合適的拉延筋深度可避免成型件的局部起皺和拉裂等缺陷。主題詞：保險(xiǎn)杠拉深缺陷拉延筋有限元中圖分類(lèi)號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（），（，；）【】，：，前言傳統(tǒng)的沖壓工作需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行沖壓工藝計(jì)算，然后設(shè)計(jì)制造出相應(yīng)的沖壓模具，經(jīng)試壓后再修正模

2、具的工作參數(shù)，這樣往往會(huì)造成沖壓工作的失敗，影響沖壓新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。確保沖壓中間兩控制頂點(diǎn)與相對(duì)應(yīng)的控制頂點(diǎn)矢量末端之間在拼接方向的切向有的位置偏差，其它的控制頂點(diǎn)矢量都滿(mǎn)足曲率連續(xù)幾何條件。由圖、連續(xù)的誤差關(guān)系，由此給出了汽車(chē)車(chē)身曲面拼接誤差的影響因素；通過(guò)分析拼接誤差的影響因素，提出了減小曲面拼接誤差的方法。參考文獻(xiàn)可看出，拼接時(shí)兩曲面的位置誤差梳很大，曲率誤差梳比較大，而相切誤差梳卻很小。該實(shí)例驗(yàn)證了式（）及其分析的正確性。曲面與位置誤差梳相切誤差梳，（）：與張娟，湯正詮，邱曹勇多片雙三次曲面片的連續(xù)拼接探討應(yīng)用數(shù)學(xué)與計(jì)算學(xué)報(bào)，（）：徐榮禮，平雪良，聶恒衛(wèi)，等逆向工程中數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化方法比較及其

3、誤差分析機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，（）：，（）：曲面與曲率誤差梳（）：施法中計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)與非均勻有理樣條北京：北京航空航天大學(xué)出版社，（責(zé)任編輯文車(chē)楫）技術(shù)圖拼接曲面切向有偏差的誤差分析結(jié)束語(yǔ)本文根據(jù)曲面、連續(xù)條件，推導(dǎo)了修改稿收到日期為年月日。汽 工作順利進(jìn)行的有效方法是利用有限元技術(shù)對(duì)沖壓過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，有限元數(shù)值模擬技術(shù)可解決實(shí)際沖壓過(guò)程中的材料成型問(wèn)題。本文利用有限元仿真技術(shù)對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠的沖壓過(guò)程進(jìn)行分析研究，通過(guò)對(duì)該零件沖壓成型工藝模擬分析，反映出了零件成型規(guī)律，這將有助于解決實(shí)際零件中存在的缺陷問(wèn)題，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有實(shí)際意義。壓邊圈拉延筋置了拉延筋，如圖所示，采用半圓形方式參數(shù)。（）拉

4、延筋分布深度圓角半徑凹槽角度有限元模型的建立由于保險(xiǎn)杠尺寸大，且?guī)缀涡蚊娑酁閺?fù)雜的空凹槽半徑間自由曲面，因而無(wú)法用解析形式表述，所以采用三維造型軟件進(jìn)行幾何模型建立，如圖所示。圖（）拉延筋截面形狀拉延筋位置及截面形狀由于冷軋鋼板具有明顯的各向異性，所以選擇中的號(hào)三參數(shù)彈塑性材料模型，材料參數(shù)選用寶鋼提供的性能參數(shù)，該材料模型使用的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系為：圖采用建立的保險(xiǎn)杠模型式中，為實(shí)際應(yīng)力；為實(shí)際應(yīng)變；為硬化指數(shù)；由于保險(xiǎn)杠屬對(duì)稱(chēng)件，為節(jié)約計(jì)算時(shí)間，取該零件幾何模型的進(jìn)行有限元分析。通過(guò)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口將曲面模型轉(zhuǎn)入為強(qiáng)度系數(shù)。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果對(duì)比分析有限元計(jì)算結(jié)果圖為模擬成型結(jié)果。從圖

5、可看出，板料金屬分析軟件，采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)劃分曲面網(wǎng)格，將單元?jiǎng)澐譃樗倪呅尉W(wǎng)格，并對(duì)劃分的網(wǎng)格進(jìn)行檢查及修補(bǔ)。按照實(shí)際工作模具的參數(shù)來(lái)調(diào)整沖壓方向、設(shè)計(jì)壓料面及工藝補(bǔ)充面，模具間隙為（為原始板厚），建立的有限元分析模型如圖所示。該零件采用單動(dòng)拉深成型工藝，由流動(dòng)比較順利，但圖中處附近少數(shù)單元已經(jīng)位于成型極限曲線(xiàn)的上方，易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。從圖還可看出，壓料面上形成了大面積的起皺。成型極限曲線(xiàn)單動(dòng)壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)拉深，成型壓邊力由液壓頂桿控制。在零件成型過(guò)程中，凹模向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，工件兩端首先彎曲變形，直到壓邊圈與凹模完全接觸后，零件在凹模和壓邊圈的共同作用下實(shí)現(xiàn)拉深成型，完成沖壓過(guò)程。凹模板料凸模壓邊

6、圈（）成型極限圖圖（）應(yīng)變分布拉深模擬結(jié)果零件成型的厚度變化及分析圖為沖壓零件成型厚度的變化圖示。圖中區(qū)域內(nèi)厚度變薄比較明顯，并且位于成型零件上；厚度減薄量最大值出現(xiàn)在區(qū)域，但區(qū)域位于零圖模具和板料的有限元模型件的工藝補(bǔ)充部分，將在后續(xù)的修邊工序中作為廢料切除，不影響零件質(zhì)量；區(qū)域出現(xiàn)厚度增加最大值，由處放大圖可看出該處產(chǎn)生了疊料。由于該零件各部位的沖壓深度不同，會(huì)造成板料變形過(guò)程中金屬流動(dòng)不均勻，為此在壓邊圈上設(shè)年第期厚度律。由圖可看出，隨著拉延筋深度的增加，最小板料厚度（零件上）減小，并且當(dāng)拉延筋深度為和時(shí)，最小厚度已經(jīng)小于，零件減薄率大于，超出了生產(chǎn)中允許的變薄范圍，不能生產(chǎn)出合格零件。

7、由圖還可看出，當(dāng)拉延筋深度為時(shí)，最大板料厚度達(dá)到了，說(shuō)明起皺嚴(yán)重；而當(dāng)拉延筋深度達(dá)到以上時(shí)，最大板料厚度基本不變。綜合以上分析可知，拉延筋深度設(shè)定為和時(shí)，板料的起皺和減薄程度小，有利于成型。因此，的拉延筋深度可得到優(yōu)處放大圖數(shù)值模擬零件成型厚度分布化拉延筋，是改進(jìn)成型質(zhì)量的理想尺寸范圍。厚度最大板料厚度缺陷形成原因分析由圖可看出，零件的、區(qū)域板料變薄很?chē)?yán)重，易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。而從實(shí)際生產(chǎn)零件（圖）中與圖相對(duì)應(yīng)的部位上也可看出，由于板料減薄，表面摩擦嚴(yán)重而出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，同時(shí)形成毛刺，影響了零件的外觀質(zhì)量。 最小板料厚度（零件本體）拉延筋深度圖拉延筋深度與板料厚度的關(guān)系結(jié)束語(yǔ)運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)分

8、析了保險(xiǎn)杠成圖沖壓零件局部成型示意型工藝，模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)的零件成型狀態(tài)相一致，說(shuō)明了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可利用性。從以上分析可知，該零件的主要拉深成型缺陷是位置附近的變薄現(xiàn)象及表現(xiàn)出來(lái)的毛刺的形成。這主要是因?yàn)樵诶钸^(guò)程中，凹模向下移動(dòng)時(shí)首先與板料端部接觸受壓，使該部位板料表面產(chǎn)生彎曲變形；當(dāng)凹模繼續(xù)下移時(shí)，板料表面開(kāi)始受拉，且各部位拉深程度不同，右側(cè)拉深深度明顯多于左側(cè)；由于側(cè)表面受橫向壓應(yīng)力和縱向拉深力的共同作用，從而使該部分金屬在產(chǎn)生拉深變形的同時(shí)易起皺而出現(xiàn)毛刺。另外，模具表面質(zhì)量下降也是影響工件表面質(zhì)量的一個(gè)主要原因。本文中各參數(shù)的設(shè)置都是以沖壓車(chē)間保險(xiǎn)杠的實(shí)際生產(chǎn)為基礎(chǔ)的，該零件已經(jīng)批量生產(chǎn)，除上述的缺陷外，沒(méi)有出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，這與模擬結(jié)果是一致的。在基本工藝條件不變的情況下，控制拉延筋尺寸對(duì)改善成型效果有明顯作用。當(dāng)拉延筋深度為時(shí)有利于金屬成型，可避免成型件的局部起皺和拉裂。通過(guò)研究表明，汽車(chē)保險(xiǎn)杠兩側(cè)拐彎處的變形狀況最差，仍需在拉延筋位置的設(shè)置、端面形狀、尺寸大小等方面做深入研究和分析。參考文獻(xiàn)，趙俠，等數(shù)值模擬技術(shù)在汽車(chē)覆蓋件成形中的應(yīng)用鍛壓技術(shù)，（）：（