優(yōu)化沖壓工藝？試試AUTOFORM模擬

2017-04-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

汽車行業(yè)是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志,隨著經濟全球化和世界市場一體化的加速發(fā)展,汽車制造業(yè)內部之間的競爭愈加激烈。傳統(tǒng)的串行開發(fā)流程存在著設計早期不能全面考慮后續(xù)過程的多種要求、上下游工序之間信息交流不及時、開發(fā)成本高和時間長等不足,已遠遠不能滿足汽車更新?lián)Q代的要求。同時由于計算數(shù)學、計算機技術的迅速發(fā)展,以及沖壓成形理論研究的不斷深入,沖壓成形CAE技術已經成熟地作為模型及主斷面檢查、工程化階段工藝分析的主要手段,被廣泛地應用于提高汽車和模具的設計工藝水平,在縮短新車型的開發(fā)周期、減少新車型的開發(fā)成本等方面,發(fā)揮著越來越重要的作用。

CAE從20世紀60年代初在工程上開始應用至今,已經歷了50多年的發(fā)展,其理論和算法都已十分成熟。沖壓成形CAE技術在車身開發(fā)中的作用主要表現(xiàn)在以下方面:評定沖壓產品的可成形性,通過模擬坯料在沖壓過程中的真實情況,定量地確定缺陷產生的部位,減少模具設計方案的風險;對零部件材料成本和工具成本進行評估;為工藝驗證和快速試模提供模面、毛坯和基本工藝參數(shù),縮短研發(fā)周期,降低試模成本。

沖壓成形常用的CAE分析軟件

目前,沖壓成形常用的CAE分析軟件包括AUTOFORM、Dynaform和Pamstamp等。它們能夠實現(xiàn)的主要功能包括板料展開、模面設計、網格劃分、條件設置、精確分析、快速分析和結果后處理等。本文采用AUTOFORM軟件進行分析,它是用于板料成形模擬的專用軟件包,將全球眾多汽車制造商和供應商廣泛應用的經驗融入其中,并采取用戶需求驅動的開發(fā)策略,保證提供最新的技術,方便地求解工藝及模具設計涉及的復雜板料成形問題。它的顯著特點是:支持Windows和Unix操作系統(tǒng),提供從產品概念設計直至最后模具設計的完整的解決方案;特別適用于復雜的深拉延和拉延成形模的設計,沖壓工藝和模具設計的驗證,成形參數(shù)的優(yōu)化,材料與潤滑劑消耗的最小化,新板料(如拼焊板和復合板)的評估和優(yōu)化;快速易用、有效、魯棒(Robust)和可靠;直接由設計師來完成模擬,不需要大的硬件投資及資深模擬分析專家,其高質量的結果能很快用來評估,在縮短產品和模具的開發(fā)驗證時間、降低產品開發(fā)和模具制作成本以及提高產品質量等方面效果顯著,給企業(yè)帶來了明顯的競爭優(yōu)勢和市場機遇。

左/右后門檻內板拉延過程的計算機仿真

左/右后門檻內板屬于內板件,需經過拉延、修邊沖孔、翻邊整形和沖孔側沖孔分離等工序。該件屬于精度件,在生產過程中,焊接區(qū)域常常出現(xiàn)起皺,直接影響焊接質量,且起皺部位易造成兩側回彈及扭曲,后續(xù)整形難以校正到位。本文通過應用AUTOFORM軟件可以模擬板料成形的過程,為完善模面設計方案和修模提供依據(jù)。

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左右后門檻內板起皺部位

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形面的幾何模型

1.初始拉延工藝設計

初始形面設計主要依靠工藝設計人員的豐富經驗完成。它包括產品面、補充面、壓料面和拉延筋。產品面由零件的幾何形狀所決定;補充面、壓料面和拉延筋則是為了使產品面達到成形要求而增加的。

(1)壓料面

復雜造型的產品件,衡量其成形性好壞,不僅要看產品部分是否有充分的塑性變形,而且要看變形的部分是否均勻。產品成形性的好壞很大程度上取決于拉延深度的大小,成形性越好的零件,產品件的剛性越好,且回彈小,有利于后序整形獲得精度更高的產品。壓料面的位置都是根據(jù)適當?shù)睦由疃葲Q定的。初步計算左/右后門檻內板的拉延深度為18~117?mm。

(2)補充面

補充面是指從產品面邊緣延伸出來到壓料面的過渡面,補充面的設計要使拉延面盡可能圓滑,有利于材料的流動,有時為了改善材料的流動狀況而增加突出等結構。做補充面前要去掉產品面中的翻邊部分,如有后序整形,可以適當放大產品部分的圓角和補充面的拔模斜度。

(3)凹模圓角

根據(jù)工藝人員的經驗,初步設定凹模圓角半徑為10?mm。

(4)拉延筋

拉延筋是為增加拉伸時板料流動阻力而設置在模具的。形狀包括方形拉伸筋和半圓形截面拉伸筋,阻力再大一點的有拉伸坎。它是用來控制和改善材料流動狀況的,初步設計拉延筋半徑為4?mm,高度為5?mm。

2.計算機軟件AUTOFORM仿真

按照初設工藝條件進行仿真計算,板料厚度為1.5?mm,材料為馬鋼的H340LAD+ZF,摩擦系數(shù)為0.16。

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初始條件仿真結果

從CAE模擬結構看,整個模面為兩頭高、中間低,成形過程中兩側向中間趕料,而中間部分造型無法充分吸收材料,從而造成起皺,同時帶來的內應力使得兩側成形難以保證穩(wěn)定。

3.工藝改進

為消除起皺問題,將零件拼合部分對調,使位置較高部分放在模具中間,并在工藝補充部分增加吸料包,采用全筋,高度為6?mm,從模擬效果來看,大部分形面成形充分,起皺部分未爬到產品件上,現(xiàn)場實物狀態(tài)與模擬狀態(tài)一致,產品件狀態(tài)良好,基本沒有起皺。

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工藝改進后的仿真結果

目前,在國內不隸屬于整車企業(yè)的獨立研發(fā)中,多數(shù)對沖壓成形CAE技術的應用剛剛起步,缺少工藝分析專業(yè)人才以及有豐富實際沖壓經驗的相關專家,產品的工藝分析任務通常是外包給模具制造商,在產品更改的問題上缺少數(shù)據(jù)支持,常常處于被動地地位,不利于企業(yè)的長遠發(fā)展和品牌樹立。汽車研發(fā)機構需要將自身培養(yǎng)和外部引進兩種方式相結合,建設一支既有實際沖壓經驗又懂工藝分析的技術人才隊伍,從而有效地減少沖壓零件發(fā)布后的工程修改,降低設計成本,提高工作效率,提升設計能力,提高顧客滿意度。

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