基于Autoform司機(jī)門后立柱內(nèi)板沖壓成形分析及優(yōu)化

張建成，李 紅，徐逸倫，吳 雷

（揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

在汽車制造中，車身零部件的精度要求比較高，生產(chǎn)批量大，因此，目前絕大部分汽車制造商都采用金屬板料沖壓成形技術(shù)生產(chǎn)車身零部件[1]。而汽車覆蓋件成形是汽車制造的關(guān)鍵工藝。車身覆蓋件尺寸和形狀精度要求高，零件表面要求光順、圓角均勻和裝飾特征線清晰。拉延工序是車身覆蓋件所有制造工序的基礎(chǔ)，車身覆蓋件拉延質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個(gè)工藝方案的成功與否，直接決定了最終產(chǎn)品的外觀是否滿足生產(chǎn)要求[2-3]。車身覆蓋件具有復(fù)雜的空間自由曲面，輪廓尺寸較大，在拉延成形過程中容易出現(xiàn)拉裂、起皺和回彈等質(zhì)量缺陷[4]。

本文使用Autoform軟件對(duì)汽車覆蓋件中的司機(jī)門后立柱內(nèi)板進(jìn)行了CAE模擬分析，對(duì)拉延筋的幾何尺寸、布置方式、壓邊力大小、板料尺寸等參數(shù)進(jìn)行了拉延仿真[5]，發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，制件上有許多應(yīng)變狀態(tài)點(diǎn)超出了成形極限圖的安全區(qū)域。修正這些參數(shù)后再次進(jìn)行CAE模擬仿真，仿真結(jié)果表明，修正參數(shù)使內(nèi)板的成形質(zhì)量得到了明顯改善，有效減少了試模次數(shù)和模具設(shè)計(jì)周期。

1 原始模型的建立

表1 司機(jī)門后立柱內(nèi)板板料性能參數(shù)

圖1 零件示意圖

在Autoform軟件中對(duì)模型的材料與尺寸進(jìn)行賦值。司機(jī)門后立柱內(nèi)板的材料是DC04，板料厚度1.0 mm，相關(guān)參數(shù)如表1所示。建立如圖1所示的司機(jī)門后立柱內(nèi)板原始模型，零件及成形刀具體如圖2所示。

圖2 零件及成形刀具體

2 有限元仿真模擬

2.1 原始模型的有限元模擬

2.1.1 拉伸工藝參數(shù)設(shè)置

料片如圖3所示，沖壓方向如圖4所示。另外為了防止起皺以及易于成形材料流動(dòng)控制，零件的邊緣需要壓料，壓邊圈介于凹模跟凸模之間，如圖5所示。

圖3 料片

圖4 沖壓方向

圖5 沖壓工具體

2.1.2 零件拉延模擬成形結(jié)果分析以及改進(jìn)

圖6 第一次拉延模擬結(jié)果

圖7 第一次拉延模擬結(jié)果局部放大圖

對(duì)原始模型進(jìn)行模擬仿真，模擬結(jié)果如圖6所示，局部放大后如圖7所示。分析發(fā)現(xiàn)a處區(qū)域有開裂風(fēng)險(xiǎn)，b、c兩處均已開裂。造成開裂現(xiàn)象的主要原因及其解決方案如下：1）拉延筋設(shè)置不合理，需要調(diào)整拉延筋的位置以及長(zhǎng)度；2）過度圓角太小，需要增大過度圓角半徑；3）零件型面造型有缺陷，需要修改數(shù)模。

2.2 調(diào)整后模型的有限元模擬

調(diào)整措施主要是：調(diào)整拉延筋，增大a處的過度圓角半徑。拉延筋調(diào)整前后如圖8所示，增大半徑前后的過度圓角如圖9所示。

圖8 調(diào)整前后的拉延筋

圖9 增大半徑前后的過度圓角

調(diào)整拉延筋、增大a處的過度圓角半徑之后再次模擬，得到如圖10所示的模擬結(jié)果。局部放大后如圖11所示。其中，c處修改之后，雖然還會(huì)產(chǎn)生開裂，但是不在零件體上，所以可以忽略不計(jì)。

圖10 第二次零件模擬結(jié)果

圖11 第二次零件模擬結(jié)果局部放大圖

3 結(jié)論

本文通過Autoform模擬仿真分析，為司機(jī)門后立柱內(nèi)板的沖壓工藝以及模具的設(shè)計(jì)制造提供了重要的參考，提出了沖壓成形車身覆蓋件表面質(zhì)量的提高措施，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。