基于DYNAFORM的汽車頂蓋外板成形性分析

四川省宜賓普什模具有限公司 （644007） 陳 平

基于DYNAFORM的汽車頂蓋外板成形性分析

四川省宜賓普什模具有限公司 （644007） 陳 平

汽車頂蓋外板是汽車車身外板件中零件尺寸大、表面質(zhì)量要求很高的一個(gè)重要產(chǎn)品。由于頂蓋外板裝配時(shí)涉及到的搭接產(chǎn)品較多，使得要高品質(zhì)地成形該產(chǎn)品存在較大困難。此外，頂蓋外板作為車身外板件，除了要求制品的尺寸、形狀精度符合產(chǎn)品數(shù)模外，還要求不能有影響車身美觀的微小成形缺陷，而且對(duì)制品的剛性也有著嚴(yán)格的要求。本文以DYNAFORM軟件為平臺(tái)，結(jié)合成形仿真技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)國(guó)內(nèi)某合資汽車廠一款三廂B級(jí)轎車的頂蓋外板（見圖1）的成形過程進(jìn)行研究，以便能夠更深入地了解和認(rèn)識(shí)頂蓋外板的成形特性。

圖1 頂蓋外板產(chǎn)品形狀

一、有限元模型的建立

首先將客戶提供的產(chǎn)品數(shù)模用UG軟件進(jìn)行數(shù)模確認(rèn)，注意產(chǎn)品的材料、料厚、偏置方向等，檢查產(chǎn)品有無重疊面、漏面、尖角、負(fù)角等現(xiàn)象。

產(chǎn)品數(shù)模確認(rèn)完畢后，將產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入DYNAFORM軟件中，進(jìn)行工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)。首先應(yīng)分析產(chǎn)品拉延成形是否有負(fù)角，按照拉延深度盡量淺和拉延深度盡量一致的原則確定產(chǎn)品的沖壓成形方向；之后展開翻邊、填補(bǔ)孔洞；根據(jù)產(chǎn)品的形狀和趨勢(shì)設(shè)計(jì)壓料面的形狀；根據(jù)產(chǎn)品各部位的成形特點(diǎn)設(shè)計(jì)拉延筋等。將設(shè)計(jì)好的拉延工藝數(shù)模在DYNAFORM軟件中進(jìn)行成形仿真計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果中產(chǎn)品可能出現(xiàn)成形缺陷的部位，用UG軟件對(duì)拉延工藝數(shù)模進(jìn)行反復(fù)地修正和優(yōu)化，最后得到最適合產(chǎn)品沖壓成形的拉延工藝數(shù)模。根據(jù)最優(yōu)化的拉延工藝數(shù)模確定拉延成形的毛坯尺寸，并確定壓邊圈的行程和壓邊力等。

網(wǎng)格劃分的質(zhì)量影響著沖壓成形分析的有效性。在DYNAFORM軟件中，用板料網(wǎng)格生成器（Blank Generator）劃分坯料的網(wǎng)格，用Surface Mesh命令來劃分產(chǎn)品網(wǎng)格。劃分網(wǎng)格時(shí)，要盡量使劃分出的單元是四邊形單元，且使三角形單元分布在邊緣區(qū)域。在凹模圓角等重要圓角處一般要設(shè)置至少3～4個(gè)單元適應(yīng)其形狀，以便保證計(jì)算精度。劃分好網(wǎng)格后還要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，主要檢查模面是否完整，是否有重疊、漏洞，網(wǎng)格的法向是否一致，并修復(fù)有缺陷的單元。

頂蓋外板的有限元網(wǎng)格如圖2所示。

圖2 頂蓋外板的有限元網(wǎng)格圖

二、產(chǎn)品的成形仿真分析

1.產(chǎn)品材料性能

頂蓋外板材料為SGCD3（JISG），國(guó)內(nèi)等同材料為DX54D+Z（Q/BQB），厚度為0.67mm。SGCD3屬于熱鍍鋅鋼板，其力學(xué)性能如附表所示。

SGCD3的力學(xué)性能表

2.沖壓方向的確定

在汽車坐標(biāo)系下，用DYNAFORM軟件DFE→Preparation→Tipping的自動(dòng)調(diào)整（Auto-Tipping）及手動(dòng)調(diào)整（Manual-Tipping）功能進(jìn)行調(diào)整，在保證沖壓方向無負(fù)角且盡可能減小拉延深度差的原則下，選定合適的沖壓方向，保證凸模將工件一次拉延到位。確定頂蓋外板的拉延沖壓方向如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品的拉延沖壓方向

3.工藝補(bǔ)充面的確定

沖壓方向確定后, 根據(jù)需要用DFE→Preparation→Unfold Flange展開翻邊, 用DFE→Preparation→Inner Fill填補(bǔ)孔洞,用DFE→Preparation→Outer Smooth進(jìn)行外部光順。另外, 汽車外板件零件的外形輪廓有急劇變化的曲面和較高的鼓包時(shí), 這些部位的成形容易開裂, 在工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況盡可能加大過渡區(qū)和過渡圓角。

然后，用Binder功能設(shè)計(jì)壓料面。設(shè)計(jì)壓料面時(shí)需要考慮產(chǎn)品的趨勢(shì)、拉延深度以及板料與凸模的接觸狀態(tài)等因素。

頂蓋外板的工藝補(bǔ)充面完成后如圖4所示。

圖4 頂蓋外板的工藝補(bǔ)充面

4.設(shè)定拉延筋及沖壓成形仿真參數(shù)

頂蓋外板采用單動(dòng)拉延形式，拉延主壓力9300kN，壓邊圈行程為120mm，壓邊力為1300kN。拉延筋是沿產(chǎn)品周圈布置兩道矩形筋，如圖5所示。

圖5 拉延筋示意圖

5.沖壓成形仿真計(jì)算結(jié)果分析

沖壓成形仿真完成后，主要從以下幾方面對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析：

（1）壓料情況和成形過程分析 壓邊圈壓料之后板料在產(chǎn)品面內(nèi)沒有出現(xiàn)皺紋，圖6所示顯示了頂蓋外板的板料從壓料狀態(tài)至下死點(diǎn)間，板料的沖壓成形過程。板料與凸模接觸過程中，頂蓋外板四角R處的凸模最先接觸板料，然后是產(chǎn)品頂部的棱線部位，接下來才是產(chǎn)品的弧形大面。

圖6 頂蓋外板成形仿真過程圖

（2）起皺部位分析 在成形過程中，僅在坯料四角部位出現(xiàn)了起皺，但起皺區(qū)域都在產(chǎn)品型面以外，這些區(qū)域在后工序中將被切除，因此對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量無影響。

（3）材料流動(dòng)線分析 頂蓋外板由于產(chǎn)品型面內(nèi)無較大起伏區(qū)域，因此不存在材料流動(dòng)線留在外觀表面的可能，能滿足客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

（4）開裂部位分析 圖7為頂蓋外板的變薄率圖，從中可以看出最大變薄率發(fā)生在產(chǎn)品頂部棱線處，原因是這些地方上、下圓角半徑都較?。≧5mm）；但同時(shí)注意到這些地方的變薄率最大為20%，低于客戶的變薄率要求（小于25%），因此產(chǎn)品成形在理論上無開裂危險(xiǎn)。

圖7 頂蓋外板的變薄率圖

另外可以看出，在產(chǎn)品型面內(nèi)無變薄率不足3%的區(qū)域，不存在因變形不足而導(dǎo)致產(chǎn)品剛性不足的地方。

6.確定工藝補(bǔ)充面和沖壓成形參數(shù)

通過對(duì)壓邊力、拉延筋及工藝補(bǔ)充等進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)對(duì)產(chǎn)品的沖壓成形進(jìn)行仿真模擬，直至得到最優(yōu)化的成形工藝參數(shù)及仿真結(jié)果。

產(chǎn)品的成形極限圖（即FLD圖）如圖8所示，它顯示了產(chǎn)品成形安全單元、破裂單元和起皺單元的分布情況。

圖8 頂蓋外板成形極限圖（FLD圖）

三、結(jié)語

本文以汽車頂蓋外板為研究對(duì)象，運(yùn)用DYNAFORM軟件建立其有限元模型。在對(duì)頂蓋外板的產(chǎn)品特性進(jìn)行分析后，通過計(jì)算機(jī)仿真，分析其板料的塑性變形和塑性流動(dòng)過程，結(jié)合成形極限圖，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的沖壓過程進(jìn)行有限元成形仿真計(jì)算，對(duì)成形過程中可能出現(xiàn)的成形缺陷進(jìn)行預(yù)估，并對(duì)此采取有效的解決方法。最后，通過對(duì)壓邊力、拉延筋及工藝補(bǔ)充等進(jìn)行調(diào)整，反復(fù)對(duì)產(chǎn)品的沖壓成形進(jìn)行模擬仿真，直至得到最優(yōu)化的成形工藝參數(shù)及仿真結(jié)果。

頂蓋外板經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后的合格拉延件及其產(chǎn)品，如圖9、圖10所示。

圖9 調(diào)試合格的拉延件

圖10 調(diào)試合格的產(chǎn)品

本文的研究為頂蓋外板在實(shí)際生產(chǎn)中的成形性提供了可靠的理論依據(jù)，提高了模具的設(shè)計(jì)效率和制造質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，為后期頂蓋外板模具的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供了參考，具有較好的指導(dǎo)意義。

20121107）