摩托車零件成形工藝數(shù)值模擬

【摘要】該零件作為摩托車零件之一，具有質(zhì)量要求高，生產(chǎn)批量大，材料厚度薄的特點(diǎn)，在成形前需對(duì)零件進(jìn)行工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)，采用拉深，沖孔，切邊的成形工藝方案來成形，通過dynaform有限元軟件對(duì)拉深工序進(jìn)行模擬分析，通過觀察零件成形后的減薄率，得出零件能夠一次拉深成形，進(jìn)而驗(yàn)證了該成形方案的有效性。

【關(guān)鍵詞】板料成形；數(shù)值模擬；dynaform

冷沖壓模具技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)有著廣泛的應(yīng)用，在整個(gè)模具行業(yè)內(nèi)，占有近半數(shù)的比例。但是由于模具本身的一些缺陷和技術(shù)水平的限制，使得在應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)存在一些困難，如某些零部件的排料不當(dāng)，會(huì)使材料的利用率有所降低，導(dǎo)致成本偏高; 部件外型的扭曲程度過大，會(huì)令連續(xù)的料帶在連料和加工工藝上存在困難; 對(duì)于某些孔的位置度以及精度有特殊要求的模具，會(huì)需要加入斜楔沖孔; 工件尖角處兩側(cè)余料過小，不易壓料，需要加入氮?dú)鈴椈蛇M(jìn)行輔助壓料，這些價(jià)格較高的特殊部件的加入，也會(huì)使成本上升等等。實(shí)際的生產(chǎn)中要想獲得一件合格的零件，都需要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也需要一批經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)師和模具鉗工才能完成，在不斷的修模和設(shè)變中，時(shí)間和金錢也在大量的流失。對(duì)沖壓過程中板料的成形性單憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)是不夠的，往往等試模后問題才能暴露出來.而利用板料成形模擬技術(shù)能夠及早地發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)于評(píng)價(jià)成形件模具設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的可行性，以及改善板金件的生產(chǎn)質(zhì)量、調(diào)整材料選擇提供可靠的依據(jù)。

本文通過dynaform有限元軟件對(duì)該零件進(jìn)行了有限元仿真分析，通過軟件的后處理觀察零件成形后的變薄率，來驗(yàn)證了該工藝的可行性。

一、工藝分析

圖1所示為該零件的三維模型，通過零件的模型能夠看出，該零件形狀復(fù)雜，需要采用拉深，沖孔，切邊的成形工藝，在拉深時(shí)直接切出坯料的外形來進(jìn)行拉深成形時(shí)，由于壓料邊過小，零件在成形時(shí)無法充分變形，造成剛度與強(qiáng)度無法滿足要求，所以在拉深需對(duì)該零件進(jìn)行工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)，來增大壓料面積，使其在成形時(shí)各部分充分變形，提高零件的剛度與強(qiáng)度。

圖1 零件三維圖圖2 有限元模型

二、有限元分析

（一）有限元模型建立

所用材料模型為中國材料SPHC36，毛坯厚度為t=1.1mm，楊氏彈性模量E=207 Mpa，泊松比ν=0.28，硬化系數(shù)K=0.553 Mpa，硬化指數(shù)n=0.210，初始應(yīng)變 ，硬化曲線 ，沖壓速度V=5 m/s，采用庫侖摩擦定律。有限元模型如圖2所示。

（二）有限元結(jié)果分析

在實(shí)際的沖壓成形中，模具的運(yùn)動(dòng)速度是非常緩慢的，如在模擬過程中也采用實(shí)際速度必將導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長，因此在顯式有限元分析中，常人為的增加模具的沖壓速度來減少分析時(shí)間[3]。一般選擇沖壓速度3000 mm/s~5000 mm/s比較合適，本文選用5000 mm/s的沖壓速度進(jìn)行仿真，由于零件在拉深時(shí)，部分材料不會(huì)進(jìn)入凹模型腔，為了使零件能夠充分變形，壓邊力應(yīng)設(shè)置較大，在此選用壓邊力為500 KN，摩擦系數(shù)為0.125，模具間隙為1.21。在沖壓成形中，常以材料的減薄率來評(píng)價(jià)零件的成形質(zhì)量，為了滿足材料成形后的強(qiáng)度與剛度，減薄率一般在6%~30%以內(nèi)比較適宜。圖3所示為該零件成形后的厚度變化圖。

圖3零件的厚度變化圖

由圖3可知零件的最小厚度值為0.8 mm，通過計(jì)算得出最大減薄率為27%，在安全范圍，在凸緣的局部區(qū)域有起皺的現(xiàn)象，可以適當(dāng)增大壓邊力或是加設(shè)拉延筋來解決此缺陷，但是由于凸緣處為廢料部分，不會(huì)影響零件的成形質(zhì)量，故可以無需考慮。綜上，該零件可以通過此工藝方案得到合格的零件。

三、結(jié)論

1、該零件采用拉深，沖孔，切邊，的成形工藝方案能夠得到合格的零件，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)采用此方案。

2、通過有限元仿真分析，該零件在拉深成形時(shí)的減薄率最大為27%，處于安全范圍內(nèi)，故能夠一次拉深成形。

3、有限元仿真技術(shù)提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]田野，黃根哲.冷沖壓模具中板料成型的 CAE 分析[J].長春大學(xué)學(xué)報(bào).2013，23(4):394-396.

[2]蘇施強(qiáng)，黃 海.轎車零件沖壓工藝分析[J].鍛壓技術(shù)， 2001(3): 29-32.

[3]Huh H S S H an. Elastic-plastic finite element analysiswit directional reduced integration in sheet metal forming process[J]. Advanced Technology of Plasticity， 1990(3):1175-1181.

作者簡介：裴佑倫（1977—），男，四川人，工作單位：重慶望江工業(yè)有限公司，職務(wù)：工程師。