基于Autoform的汽車翼子板回彈補(bǔ)償方法研究

2019-04-25  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

汽車外覆蓋件在汽車制造中占有很重要的地位,涉及整車的美觀以及安全性,對(duì)于整車的外覆蓋件,90%以上都是沖壓成形制造的。然而板料在沖壓成形時(shí)容易產(chǎn)生回彈變形,同時(shí)伴隨尺寸超差、開裂、減薄率超差、起皺等現(xiàn)象,這些現(xiàn)象直接影響外覆蓋件的成形質(zhì)量和精度。

在汽車模具生產(chǎn)行業(yè)中,汽車外覆蓋件模具一般采用人工修理,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,還延長(zhǎng)模具生產(chǎn)周期。因此快速精準(zhǔn)地對(duì)模具成形的零件回彈進(jìn)行數(shù)值模擬和修模補(bǔ)償成為汽車外覆蓋件沖壓成形的研究要點(diǎn)。現(xiàn)主要通過(guò)對(duì)成形零件的回彈進(jìn)行分析以及相應(yīng)的工藝數(shù)值補(bǔ)償,來(lái)解決汽車翼子板外覆蓋件的成形問(wèn)題。

翼子板回彈分析01回彈原因及解決方法

翼子板產(chǎn)生回彈的主要原因是彎曲部位的拉壓應(yīng)力釋放,塑性變形時(shí)存在彈性恢復(fù)和零件內(nèi)應(yīng)力不均等。解決翼子板回彈問(wèn)題的方法是使零件進(jìn)入塑性變形區(qū),避開彈性變形區(qū),也可以運(yùn)用過(guò)量彈性變形來(lái)減少零件回彈變形量。

02翼子板材料及回彈數(shù)據(jù)分析

翼子板材料選取DC52D+Z(鍍鋅板)鋼,厚度為1.2 mm,性能參數(shù)如表1所示,由力學(xué)性能得出此鋼板的拉伸曲線如圖1所示。

圖1 鍍鋅板拉伸曲線

圖2 ATOS數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)以某車型翼子板為例,在無(wú)工藝數(shù)值補(bǔ)償時(shí),ATOS光學(xué)掃描數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出:實(shí)際零件與理想零件之間存在較大的誤差,如圖2所示?；貜椬冃瘟看蟮膮^(qū)域是翼子板的前部鷹嘴處與中部,此區(qū)域的誤差范圍在-2.2~3.5mm,超出標(biāo)準(zhǔn)誤差,因此為重點(diǎn)研究區(qū)域,其余區(qū)域回彈量較小。

回彈補(bǔ)償策略01數(shù)據(jù)采集及檢測(cè)分析

由于汽車外板零件剛性的不足,其回彈表現(xiàn)為大范圍的平緩起伏,檢測(cè)或裝配的基準(zhǔn)位置常處于回彈變形區(qū)。無(wú)論是精度尺寸檢測(cè)還是裝車匹配,都需對(duì)檢測(cè)零件施加額外的夾緊力,使其基準(zhǔn)位置處于理論尺寸狀態(tài)。

分析翼子板沖壓件回彈變形規(guī)律,首先將沖壓零件在可靠支撐的前提下進(jìn)行ATOS光學(xué)掃描,確保其準(zhǔn)確性。在光學(xué)掃描中盡量選取零件的定位基準(zhǔn)面作為支撐點(diǎn),并保證定位方式不會(huì)使零件產(chǎn)生干涉變形,必要時(shí)可采取增減墊片的方式。為確保掃描獲得的回彈信息準(zhǔn)確,一個(gè)零件的檢測(cè)需要多次掃描采集數(shù)據(jù),圖3所示為光學(xué)檢測(cè)零件。

圖3 光學(xué)檢測(cè)零件

02回彈補(bǔ)償流程

運(yùn)用Autoform對(duì)零件進(jìn)行回彈補(bǔ)償時(shí),注意補(bǔ)償?shù)脑紨?shù)據(jù)不能發(fā)生任何變化,每次補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)變化僅來(lái)源于回彈補(bǔ)償量的變化。

在Autoform內(nèi)部直接進(jìn)行回彈補(bǔ)償輸出數(shù)據(jù),將輸出的Autoform回彈補(bǔ)償結(jié)果導(dǎo)入CATIA逆向重構(gòu),用逆向重構(gòu)的數(shù)據(jù)輸出txt文檔,再導(dǎo)入CATIA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)變形,所輸出的回彈前后網(wǎng)格或點(diǎn)云在CATIA重新對(duì)齊,并比較驅(qū)動(dòng)曲面變形。

采用catia-shape_morphing進(jìn)行曲面整體變形處理,可以滿足幾何尺寸的正確性,其缺點(diǎn)是無(wú)法保證曲面的光順連續(xù)性,因此要對(duì)曲面進(jìn)行整體補(bǔ)償。根據(jù)變形范圍構(gòu)造參考曲面,調(diào)整曲面控制點(diǎn),使曲面邊界與變形邊界匹配,注意對(duì)稱約束及曲面的光順性。

拷貝調(diào)整后的曲面作為變形基準(zhǔn)面,根據(jù)變形,調(diào)整曲面階數(shù)和邊界約束,并合理選擇控制點(diǎn)進(jìn)行曲面變形調(diào)整,同時(shí)注意曲面的光順性,用調(diào)整后的曲面與原曲面比較判斷誤差是否存在合理范圍內(nèi),并用CATIA中的Wrapsurface工具進(jìn)行曲面變形處理。最后進(jìn)行曲面光順性檢查、曲面偏差檢查,確認(rèn)變形結(jié)果。

03翼子板回彈案例

通過(guò)上述回彈補(bǔ)償流程,進(jìn)行第1次回彈補(bǔ)償。用Autoform進(jìn)行回彈補(bǔ)償時(shí),軟件提供的固定公式進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算,圖4所示為彈性恢復(fù)系數(shù)計(jì)算公式,回彈補(bǔ)償所有的數(shù)據(jù)均由Autoform軟件來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算,如圖5所示,所得出的對(duì)比數(shù)據(jù)并未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值,但已經(jīng)減小了翼子板回彈量,翼子板的前部鷹嘴處與中部回彈量分別由3.5mm和-2.2mm減小到1.3mm和-1.2mm。

圖4 彈性恢復(fù)系數(shù)計(jì)算公式

圖5 翼子板第1次補(bǔ)償對(duì)比數(shù)據(jù)

圖6 翼子板第2次補(bǔ)償對(duì)比數(shù)據(jù)

由于第1次補(bǔ)償未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值,對(duì)翼子板進(jìn)行第2次補(bǔ)償,第2次補(bǔ)償數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果超出零件標(biāo)準(zhǔn)值,數(shù)值在-2.0~2.5mm,如圖6所示。多次相關(guān)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)影響對(duì)比結(jié)果的是前部鷹嘴翻邊處角度回彈量,因此第1次補(bǔ)償后,解決前部鷹嘴翻邊處回彈角度就能夠解決其他的補(bǔ)償問(wèn)題。

圖7 角度過(guò)切示意圖

在解決上述角度問(wèn)題時(shí),只能采用過(guò)量角度以及相應(yīng)過(guò)切方法進(jìn)行補(bǔ)償,因此在前部鷹嘴翻邊成形時(shí)采用2°~4°經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)償以及相應(yīng)過(guò)切補(bǔ)償,如圖7所示。

04試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)以上步驟得出補(bǔ)償后的對(duì)比數(shù)據(jù),利用補(bǔ)償后的參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證,將得到的補(bǔ)償試驗(yàn)件數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,如圖8所示,數(shù)據(jù)誤差完全符合要求,均在-0.7~0.9mm。

圖8 補(bǔ)償后的試驗(yàn)件數(shù)據(jù)分析對(duì)比

試驗(yàn)驗(yàn)證

采用DC52D+Z(鍍鋅板)鋼材料,得到未補(bǔ)償零件與補(bǔ)償零件最大回彈量的對(duì)比結(jié)果如表2所示。從表2數(shù)據(jù)可以看出,補(bǔ)償后的誤差值大幅度減小。證明通過(guò)Autoform模擬零件補(bǔ)償對(duì)翼子板成形過(guò)程的控制效果明顯,可以將Autoform補(bǔ)償?shù)姆椒☉?yīng)用于其他成形困難的汽車外覆蓋件的成形過(guò)程中。

▍內(nèi)容來(lái)源:《模具工業(yè)》2017年第9期

▍原文作者:賈文博,王振宏,尹凱

▍作者單位:長(zhǎng)春理工大學(xué)、一汽模具制造有限公司

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