基于的Autoform的連續(xù)變截面板沖壓分析

2016-11-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

隨著汽車行業(yè)對節(jié)能、降耗的愈加重視,在實現(xiàn)大,使得零件調(diào)試難度增加,降低了企業(yè)生產(chǎn)效率。汽車輕量化方面有其獨特優(yōu)勢的變截面板應(yīng)用更廣,逐步打破了傳統(tǒng)的汽車用板材一般是都單一材質(zhì)、同厚度的現(xiàn)狀。變截面板的最大特點是厚度、材質(zhì)的非均勻性。目前變截面板主要分為兩大類:激光拼焊板和連續(xù)變截面輥軋板。

連續(xù)變截面輥軋板是利用近幾年新興的柔性軋制cae仿真技術(shù),通過計算機實時控制和調(diào)整軋輥的間距來獲取沿軋制方向上按預(yù)先定的厚度連續(xù)變化的板材。應(yīng)用連續(xù)變截面輥軋板做車身覆蓋件時,需要在車身設(shè)計階段考慮到加工中鋼板各個部位的實際受力和變形以及整車的承載情況,從而確定覆蓋件的厚度變化范圍。例如可以在覆蓋件受力較大或成形變形較大的部位增加板料厚度,既保證了車身整體剛度又實現(xiàn)了汽車輕量化的目的。雖然連續(xù)變截面板有其獨特的優(yōu)勢,但成型過程與模具設(shè)計方面的問題限制了其實際推廣。

目前等厚板材沖壓成型有限元分析與模具設(shè)計已經(jīng)相當成熟,變截面薄板可以借鑒等厚板材的分析、設(shè)計、制造經(jīng)驗。同時又需總結(jié)材料自身的特點,建立新的設(shè)計準則。對于連續(xù)變截面薄板的沖壓仿真,由于厚度的連續(xù)變化造成板料變形模式,數(shù)學模型等都與等厚板不同,導(dǎo)致仿真的結(jié)果與偏差較大,使得零件調(diào)試難度增加,降低了企業(yè)生產(chǎn)效率。因此建立適合變截面板料的沖壓方法對于其應(yīng)用相推廣有重要作用。

本文以某前縱梁零件為例,提出一種基于Autoform連續(xù)變截面板沖壓分析方法。

板斗成形數(shù)值模擬理論

Autoform軟件是目前最為通用的板料成型有限元軟件,采用隱式算法。在靜態(tài)隱式算法中,認為板料成形是一個忽略慣性力的準靜態(tài)過程。

目前常用牛頓法和修正牛頓法來求解非線性方程組問題,牛頓法在每次迭代中都需要形成一個新的剛度矩陣,效率較低。在修正牛頓法中,在每一次迭代中用位移增量對幾何構(gòu)型進行修正并計算一個新的載荷,節(jié)省了形成剛度矩陣的時間,效率較高。這兩種方法有各自的優(yōu)缺點,牛頓法的可靠性更高,但是修正牛頓法的計算效率更高。

CAE分析算列

如圖1為某車型縱梁零件,該零件由連續(xù)變截面板沖壓成型,板料厚度從兩端的過渡到中間部位0.7mm。表1列出了TRB材料屬性,其材質(zhì)為H420LAD高強鋼。

圖1 零件圖

零件工藝方案確定

參考等厚板材沖壓技術(shù)分析本零件,此TRB縱梁要經(jīng)過拉延、修邊、整形、沖孔等工序。

1.壓料面

壓料面是工藝補充的重要部分,對拉延過程起重要作用。拉延時,凸模的成形力與壓料面上的阻力共同構(gòu)成毛坯的成形力,使毛坯產(chǎn)生塑性變形。其設(shè)置是否合理,直接影響到壓料面毛坯向凹模內(nèi)的流動方向與速度、毛坯變形的分布與大小、破裂和起皺的產(chǎn)生等。由于此縱梁零件有凸緣邊,通常會以凸緣為基準,外延部分距離生成壓料面。

2.工藝補充

工藝補充部分對拉延有重要影響,其直接影響到拉延成形時工藝參數(shù)、毛述的變性條件、變形量大小、變形分布、表面質(zhì)量、破裂、起皺等質(zhì)量問題。通過考察此零件的外形特征,考慮采用兩段開口的方式拉延,提高材料利用率。另外,在側(cè)壁部分的工藝補充,添加處加強筋以提高零件的拉延充分性,減少回彈量。

拉延工藝造型由分析師借助三維造型軟件NX完成,建立好點的工藝造型型面如圖2。

圖2 拉延造型

有限元模型的建立

將在NX中建立好的工藝造型面,以IGES格式導(dǎo)入Autoform中進行沖壓仿真設(shè)置。

1.拉延筋設(shè)置

拉延筋調(diào)整和控制材料流動,對板料成形工藝影響較大。本次模擬采用虛擬拉延筋,拉延筋分布及參數(shù)如圖3。

圖3 拉延筋布置與參數(shù)

2.板料分段

根據(jù)TRB材料厚度連續(xù)變化的特點,本文提出了通過設(shè)置板料分段呈階梯均勻變化近似模擬真實板料的連續(xù)變化過程。此厚度變化從兩端的連續(xù)均勻變化至,故模擬時考慮以的單位大小呈階梯型變化模擬實際板料的均勻變化,在Autoform中將板料分為等分通過中自帶的激光拼焊功能將各個部分板料相連。

計算結(jié)果cae軟件分析

設(shè)定好各項參數(shù)之后,提交Autoform計算。除了局部凸包與加強筋位置出現(xiàn)細微開裂風險外,其它部分均顯示出合理的沖壓結(jié)果?？紤]到此TRB、縱梁U型截面形狀及較高的屈服強度,其在成形后必定會有較大的回彈。在成形性分析完畢之后,添加回彈分析。回彈分析計算如圖4所示。