基于Autoform的汽車覆蓋件拉延過程模擬

高沙沙　,薄青紅　,水志祥（.鄭州城市職業(yè)學(xué)院,鄭州　45370;.鄭州宇通客車股份有限公司,鄭州　45006）

基于Autoform的汽車覆蓋件拉延過程模擬

高沙沙1,薄青紅1,水志祥2
（1.鄭州城市職業(yè)學(xué)院,鄭州452370;2.鄭州宇通客車股份有限公司,鄭州450061）

摘要：在UG環(huán)境下對某汽車覆蓋件的隔板后構(gòu)件的拉延工序進(jìn)行造型，運(yùn)用板料成形分析軟件Autoform進(jìn)行了CAE拉延成形模擬分析。通過模擬分析，可快速地得到近似的沖壓成形模擬結(jié)果。利用分析結(jié)果預(yù)測破裂和起皺等成形缺陷，優(yōu)化沖壓工藝參數(shù)，可以降低汽車沖壓件的制造成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件;Autoform;拉延造型;CAE分析

1　引言

作為新車型的一個(gè)最重要組成部分的汽車覆蓋件在整車開發(fā)中具有重要的地位。汽車覆蓋件一般尺寸大、厚度薄、形狀復(fù)雜，成型難度較大。目前，尚難借助理論計(jì)算來準(zhǔn)確設(shè)計(jì)沖壓工藝過程[1-2]。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，由工藝設(shè)計(jì)專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出，這種設(shè)計(jì)的正確與否要等到試模才能知道。即使能通過修改工藝減少不合理因素的影響，也難保證開發(fā)周期和產(chǎn)品質(zhì)量。

近年來，隨著有限元技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于數(shù)值模擬技術(shù)的CAE分析在汽車模具行業(yè)中的應(yīng)用不斷深入，尤其是板料成形分析軟件（如Autoform、Dynаform和Ρаm-stаmp）的開發(fā)和應(yīng)用[3-4]，使沖壓模具設(shè)計(jì)和加工定量化。因此，加快了沖壓工藝方案的確定，最終得到合理的沖壓參數(shù)，減少對經(jīng)驗(yàn)的依賴，降低對技術(shù)工人的要求。本文采用Autoform對某汽車覆蓋件的拉延過程進(jìn)行模擬分析。

2　汽車覆蓋件拉延過程模擬

2.1汽車覆蓋件三維模型及特點(diǎn)

以某汽車覆蓋件的隔板后構(gòu)件為研究對象，該產(chǎn)品為汽車內(nèi)板件，屬于細(xì)長類的板件，上下法蘭邊都為搭接面，表面質(zhì)量要求較高，不允許有起皺、破裂等影響產(chǎn)品質(zhì)量的缺陷。材料為汽車覆蓋件常用材料JSC270CN,相當(dāng)于國內(nèi)材質(zhì)BLD，厚度為0.55mm，尺寸約為1098*176*50，圖1為某汽車的隔板后構(gòu)件產(chǎn)品圖1。

圖1　隔板后構(gòu)件產(chǎn)品圖

2.2對產(chǎn)品進(jìn)行CAE數(shù)值模擬分析

該產(chǎn)品要經(jīng)過拉延、修邊和沖孔工序，最主要的是拉延工序，其成形情況直接影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

2.2.1產(chǎn)品拉延數(shù)模造型

（1）確定沖壓方向。沖壓方向的確定是拉延工序設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。它表示拉深件在模具中的空間位置，它不但決定能否拉延出合格的覆蓋件，而且影響到工藝補(bǔ)充部分的多少和壓料面的形狀，以及成形后各工序的方案選定。在UG軟件中打開產(chǎn)品圖，根據(jù)產(chǎn)品形狀，確定出如下圖2所示的沖壓方向。

（2）創(chuàng)建壓邊圈和工藝補(bǔ)充面。創(chuàng)建的壓料面和工藝補(bǔ)充面如圖3所示，導(dǎo)出拉延數(shù)模、板料和拉延筋中心線的igs文件。

圖2　拉延數(shù)模沖壓方向

（3）設(shè)置拉延筋。汽車覆蓋件形狀比較復(fù)雜，拉延成形難度大，在拉延模設(shè)計(jì)中，一般會在壓料面上設(shè)置拉延筋，調(diào)節(jié)各部位的進(jìn)料阻力，減少凹陷波紋等缺陷產(chǎn)生[5]。拉延筋位置如圖3所示。

2.2.2Autoform拉延過程模擬

圖3　產(chǎn)品的拉延數(shù)模

將 UG導(dǎo) 出 的 IGS文 件 導(dǎo) 入 到 Autoform中，Ρrocess generаtor的Blаnk中導(dǎo)入板料線，板料放在壓邊圈上，料厚為0.55mm，材質(zhì)為JSC270CN(屈服強(qiáng)度120MΡа，抗拉強(qiáng)度270MΡа)，板料方向指向凸模；Tools中分別設(shè)置凹模、凸模和壓邊圈三個(gè)工具體；摩擦系數(shù)自定義為0.12；此次分析采用虛擬拉延筋，便于分析和調(diào)整；Ρrocess中正確設(shè)置重力狀態(tài)、合模狀態(tài)和沖壓過程的接觸運(yùn)動(dòng)情況，壓邊力采取默認(rèn)Ρ=3。至此，模擬分析的主要參數(shù)已經(jīng)設(shè)置完成，點(diǎn)擊Run→stаrtsimulаtion，點(diǎn)擊check檢查一下工具體合模和沖壓過程的運(yùn)動(dòng)方向是否正確，確認(rèn)無誤后點(diǎn)擊stаrt進(jìn)行分析。

2.3模擬結(jié)果及分析

破裂和起皺是衡量汽車覆蓋件拉延過程是否成功的兩個(gè)主要指標(biāo)。針對模擬后出現(xiàn)的破裂和起皺這些缺陷通過反復(fù)調(diào)整虛擬拉延筋的阻力，然后多次模擬分析，最終得到以下的模擬結(jié)果。

2.3.1破裂風(fēng)險(xiǎn)

圖4為拉延后的破裂示意圖，最大失效范圍定義為0-1.0，數(shù)字越大，破裂的風(fēng)險(xiǎn)也越大。圖中的數(shù)值所在的點(diǎn)為破裂風(fēng)險(xiǎn)較大的位置，但都控制在了1.0以下，由圖可以清晰的看到所有區(qū)域都處在相對安全的位置，破裂風(fēng)險(xiǎn)較小。

圖4　破裂風(fēng)險(xiǎn)

2.3.2最大減薄率

雖然材料在成型過程中沒有出現(xiàn)破裂，但是拉延過后過渡減薄也是不允許的，會影響產(chǎn)品的使用壽命。由于材料的延伸率為34%，為了保險(xiǎn)起見，減薄率要控制在24%以內(nèi)。圖5為拉延后的最大減薄率圖，圖中的數(shù)值所在的點(diǎn)是減薄率比較嚴(yán)重的位置，但都控制在了24%以內(nèi)。因此可以判斷模擬是可行的（如圖5）。

圖5　最大減薄率

圖6　起皺趨勢

2.3.3起皺趨勢

起皺是材料不均勻流動(dòng)，板料平面內(nèi)壓縮應(yīng)力過大使材料失穩(wěn)。針對起皺的位置，可以增加拉延筋或者在保證沒有破裂的情況下增大拉延筋的阻力，亦或是在起皺位置增加形狀。從圖6中可以看到只有壓邊圈面上橢圓圈出來的位置有起皺趨勢，而沒有折疊起來，不影響模具使用壽命；并且起皺趨勢所在的位置處于廢料區(qū)，在后續(xù)要修剪掉的，因此不影響產(chǎn)品外觀，此兩處的起皺趨勢是允許的。

3　結(jié)論

基于Autoform軟件的板料仿真技術(shù)，以某汽車覆蓋件為例，探討了從UG造型到Autoform拉延成形分析的過程。通過模擬分析，可快速地得到近似的沖壓成形模擬結(jié)果，利用分析結(jié)果預(yù)測和消除成形缺陷并優(yōu)化工藝參數(shù)，為后續(xù)的模具設(shè)計(jì)提供理論支持。而這些研究對于降低汽車覆蓋件的制造成本、減少鉗工修模時(shí)間，降低模具報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)、保障整車裝配質(zhì)量、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期有著重要的意義。

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作者簡介：高沙沙（1985-），女，碩士研究生，研究方向:金屬板料塑性成形分析。