汽車覆蓋件拉深成形質(zhì)量問(wèn)題的研究

汽車覆蓋件拉深成形質(zhì)量問(wèn)題的研究

世界汽車工業(yè)的發(fā)展面臨三個(gè)問(wèn)題：油耗、環(huán)保和安全，焊接技術(shù)是解決上述問(wèn)題的有效手段之一。近幾年,該技術(shù)在歐美等國(guó)得到迅速發(fā)展,如美國(guó)通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司的門內(nèi)板、側(cè)圍、門框等零件采用了拼焊板成形技術(shù)由于焊縫在塑性變形中向強(qiáng)側(cè)金屬不均勻移動(dòng),引起薄側(cè)金屬過(guò)量減薄,使得拼焊板整體的沖壓成形極限降低,導(dǎo)致制件破裂和厚度不均勻現(xiàn)象,這些問(wèn)題的存在為拼焊板的生產(chǎn)應(yīng)用帶來(lái)了一定困難。為避免上述缺陷的產(chǎn)生,關(guān)鍵是采取工藝措施或最佳工藝參數(shù)以有效控制焊縫的不均勻移動(dòng)變形。為此,國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者對(duì)拼焊板沖壓成形技術(shù)進(jìn)行了探討研究,主要涉及拼焊板的焊接工藝、焊縫移動(dòng)、焊縫位置設(shè)計(jì)、典型沖壓件的不均勻變形規(guī)律和法蘭起皺、沖壓成形的計(jì)算機(jī)模擬和沖壓件變形的控制“轎車左右前地板”為典型的激光拼焊板覆蓋件,為保證其成形質(zhì)量,本文采用Dynaform軟件對(duì)其拉深過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)零件剛性不足和焊縫移動(dòng)等質(zhì)量問(wèn)題提出了改進(jìn)措施,減少了試模次數(shù),保證了模具按時(shí)順利交付,同時(shí)亦可為其它類似拼焊板覆蓋件的生產(chǎn)提供參考。1板成形焊縫的安裝圖1為轎車前地板產(chǎn)品左件三維數(shù)模,左右件基本對(duì)稱,采用一模兩件進(jìn)行沖壓成形,左右零件搭接尺寸為15mm。零件薄厚兩側(cè)材料均為B170P1,厚度分別為0.75mm和1.35mm,即該拼焊板成形焊縫兩側(cè)材料強(qiáng)度比為1,板厚比約為0.56。由于兩側(cè)的板厚差對(duì)零件成形中的焊縫移動(dòng)有較大影響,而焊縫移動(dòng)過(guò)量將引起裝配問(wèn)題,同時(shí)零件屬于淺拉深成形,且整個(gè)零件較平坦,成形后大部分材料未充分變形,零件剛性不足。為此,對(duì)該零件的成形工藝重點(diǎn)考察兩方面的內(nèi)容:(1)由于整車裝配需要,需要控制零件最終焊縫位置;(2)增加提高零件剛性的工藝措施。通過(guò)分析,零件最終產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)拉深、修邊沖孔、翻邊、剖切沖孔等多道沖壓加工工序才能完成。而前面討論的焊縫移動(dòng)以及剛性不足問(wèn)題都出現(xiàn)在拉深工序中,因此,本文對(duì)該零件的拉深成形過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真,并對(duì)其焊縫的移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了探討。2拉深模和拉深門檻設(shè)計(jì)汽車覆蓋件拉深型面設(shè)計(jì)是在覆蓋件產(chǎn)品三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行邊界條件設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性過(guò)程,它是汽車覆蓋件拉深模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中,考慮到小曲率或深度淺的覆蓋件成形時(shí)主要靠凹模內(nèi)部材料的脹形和少量的法蘭材料流入,以獲得形狀穩(wěn)定、剛性好的拉深件,同時(shí)利用拉深檻可以減少工藝補(bǔ)充部分,節(jié)省材料,提高材料利用率,因此在該零件壓料面上設(shè)計(jì)了沿周一圈的拉深檻。3板料沖壓成形仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展以及有限元方法的成熟,近年來(lái)發(fā)展了板料沖壓成形仿真技術(shù),該技術(shù)在減少甚至取消試模過(guò)程、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本方面發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用3.1板料網(wǎng)格劃分有限元模型見(jiàn)圖3所示,拼焊板的料厚差反映在凹模上,即復(fù)制凸模和壓邊圈網(wǎng)格并在焊縫處分割,將分割后的工具體分別按薄厚板偏置出具有板厚差的凹模(偏置尺寸為1.1t,t為板料厚度)。將板料沿焊縫位置分開(kāi),進(jìn)行網(wǎng)格劃分,計(jì)算過(guò)程中,網(wǎng)格進(jìn)行自適應(yīng)劃分。焊縫按照剛性建模,即忽略焊縫類型,只考慮焊縫位置,不考慮馬氏體數(shù)量,焊縫用一條線來(lái)代替處理。3.2模型的應(yīng)力狀態(tài)描述坯料為B170P1材料,厚薄板的力學(xué)性能參數(shù)如表1所示,模擬中采用Hill屈服準(zhǔn)則,在平面應(yīng)力狀態(tài)表達(dá)如下:式中:凸凹模間隙C=1.1t,t為材料厚度,毛坯與各工具體之間的摩擦系數(shù)為0.125,壓邊速度v3.3試驗(yàn)結(jié)果分析模擬結(jié)果如圖4所示,可明顯看出拉延件出現(xiàn)了破裂和起皺缺陷。起皺發(fā)生在壓料面上,對(duì)零件成形質(zhì)量影響不大,有A、B、C三處出現(xiàn)了開(kāi)裂現(xiàn)象,且A、B兩區(qū)域破裂十分嚴(yán)重。通過(guò)工藝參數(shù)的調(diào)整,包括壓邊力的大小的控制、凹模圓角增大等措施,得到優(yōu)化結(jié)果如圖5所示,在產(chǎn)品部位無(wú)嚴(yán)重起皺和開(kāi)裂現(xiàn)象,工藝補(bǔ)充部分一側(cè)圓角處輕微開(kāi)裂,變薄率在30%以內(nèi),可以通過(guò)鉗工打磨處理解決。此時(shí),零件中間材料變形不充分,剛性還有待加強(qiáng)。圖6所示是零件焊縫的移動(dòng)情況,從法蘭部分向零件對(duì)稱中心,焊縫由薄側(cè)向厚側(cè)移動(dòng)并且移動(dòng)量逐漸增加,到達(dá)對(duì)稱中心移動(dòng)量達(dá)到最大值。這是由于薄側(cè)母材變形所需的載荷較厚側(cè)母材所需的載荷小,薄側(cè)母材比厚側(cè)母材先屈服,當(dāng)薄側(cè)材料發(fā)生塑性變形時(shí),厚側(cè)材料仍處于彈性變形狀態(tài),塑性變形集中發(fā)生在薄側(cè)母材處,所以在零件底部區(qū)域薄側(cè)材料減薄量較大,面積增大,導(dǎo)致焊縫向厚側(cè)移動(dòng)。在左件的模擬結(jié)果中選取11個(gè)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn),從下至上依次標(biāo)為測(cè)量點(diǎn)1至11(如圖6)。模擬結(jié)果最大移動(dòng)量6.97mm,位置在測(cè)量點(diǎn)11處。4拉深型面加工模具的建立由前述的模擬結(jié)果可知,零件中間變形不夠充分,并且需要對(duì)焊縫的移動(dòng)進(jìn)行控制。為此,提出以下工藝措施進(jìn)行成形性改善。(1)由文獻(xiàn)[7]可知,設(shè)置筋條能控制焊縫的移動(dòng)量,因此在型面中間(見(jiàn)圖2的A處)垂直焊縫設(shè)計(jì)一條加強(qiáng)筋以減少焊縫移動(dòng),加強(qiáng)筋形狀見(jiàn)圖2所示。而且加強(qiáng)筋能提高材料的塑性變形能力,增強(qiáng)零件平坦底部的剛度。(2)根據(jù)模擬結(jié)果中的焊縫移動(dòng)量,對(duì)焊縫進(jìn)行反向補(bǔ)償。對(duì)改進(jìn)后的工藝措施進(jìn)行模擬,得到的結(jié)果如圖7所示。從圖中可以看出零件中間的材料變形充分,同時(shí)焊縫的移動(dòng)量也得到了有效控制。采用上述優(yōu)化后的拉深型面加工模具,在油壓機(jī)上進(jìn)行實(shí)沖,得到如圖8所示的最終產(chǎn)品。經(jīng)檢測(cè),零件成形質(zhì)量良好,焊縫線位置達(dá)到裝配要求,焊接線移動(dòng)問(wèn)題得到良好的改善,實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合很好。5拉深成分配工藝采用有限元分析軟件Dynaform,對(duì)前地板拼焊板的拉深成形進(jìn)行模擬仿真,得到如下結(jié)論:(1)前地板拼焊板的拉深成形過(guò)程中容易出現(xiàn)剛性不足、焊縫移動(dòng)等缺陷,通過(guò)設(shè)置拉深檻和局部添加加強(qiáng)筋,