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基于汽车左侧围内板拉延工艺及冲压仿真

2015-01-09 浏览量 2808

一、引言
汽车覆盖件是组成汽车车身的薄板冲压件,具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面质量要求高及生产成本高等特点。形状较复杂的冲压件要经过多道工序才能完成,但是覆盖件的质量好坏在很大程度上受拉延模质量的控制,因此拉延件的设计是冲出高品质冲压件的关键。如何迅速而准确地预测整个冲压成形过程可能出现的起皱、开裂以及不合要求的回弹等缺陷并确定其中的一些重要冲压参数,成为冲压技术发展的瓶颈问题。随着板料成形有限元理论的完善、计算机技术的迅速发展、对冲压过程认识的深入了解,以及板料成形有限元模拟技术的日趋成熟,使得模拟冲压成形过程成为可能,并日益成为推动冲压模具工业乃至汽车工业发展的关键技术。

本文以汽车左侧围内板为例,依据其结构特点判断材料的流动方式,利用UG软件作合理的工艺补充,借助冲压仿真软件AUTOFORM进行成形过程的模拟,获得了合理的拉延工艺参数,并用于指导生产。

二、汽车左侧围内板拉延工艺分析
图1所示为汽车左侧围内板零件图,材料为ST14,料厚1mm。从图1可以看出,该零件结构复杂,需要经过多道工序才能完成,如拉延、修边冲孔、斜楔冲孔以及翻边,这里主要侧重拉延件的设计。

图1汽车左侧围内板零件图


该零件结构复杂,局部成形较多,是弯曲、拉延和胀形复合的结果。在拉延过程中,零件中部的三个大孔是整个面中拉深深度变化最大的,因而也是较危险的部位。为了保证材料能够顺利的流入,压料面沿零件四周的变化趋势顺延成曲面。由于零件四周的曲率变化不大,压料面没有出现急剧台阶转化现象,使得拉延深度趋于均匀。

为了提高材料的变形程度,在零件周围布置了一整圈的拉延筋。本次模拟采用的拉延筋为半圆形,拉延筋的深度为8mm,宽度为19mm。图2为工艺补充完成的拉延件。




图2零件的工艺补充图


三、模拟过程与结果

1、有限元模拟的理论方法

汽车覆盖件冲压模拟所采用的有限元方法是大变形弹塑性有限元法,是在弹塑性有限元基础之上,采用Hill有限变形理论和Lagrange描述,由虚功原理导出速率平衡方程而建立的。

数值模拟采用的求解方法主要有静态隐式算法和动态显式算法。静态隐式算法是对于大多数板料成形过程中成形速度小于1m/s,假设整个过程均处于类似平衡状态,由虚功原理建立1个高阶非线性方程组,采用牛顿2拉费森迭代计算求解方程组。其优点是计算精度高,但在每一增量步中都需形成大型刚度矩阵,计算量大,时间长,适用于较简单成形分析[1]。本文选用的冲压分析软件AUTOFROM采用的即为静态隐式算法。

2、汽车左侧围内板动态冲压仿真

冲压仿真选用的材料为ST14,厚度1mm,板坯尺寸为1700mm×1300mm,摩擦系数为0.15,压边力初定为1400kN。材料模型为各向异性弹塑性材料模型,其他力学性能参数如表1所示。




表1ST14材料的力学性能参数表


将做好工艺补充的CAD模型从UG以IGES格式导出,再导入AUTOFROM,进行网格划分得到如图3所示的有限元网格模型。




图3有限元网格模型


模拟结果如图4所示,由图可以看出零件拉延比较充分,起皱也较少,但在零件A、B、C三处的圆角部及周边却有多处严重破裂。




图4模拟结果


三、模拟结果分析及改进
1、模拟方案的