基于AutoForm 的發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板銳棱沖壓仿真研究

文/王健，司馬忠效，饒洋文，王偉，董文云·吉利汽車集團(tuán)制造工程(ME)中心

本文針對某車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板現(xiàn)場實(shí)際零件棱線圓角開裂的問題，通過AutoForm 軟件進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算，調(diào)整軟件分析參數(shù)，繼而得到與現(xiàn)場一致的分析結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化模具工藝參數(shù)，指導(dǎo)現(xiàn)場零件整改，最終沖壓出合格的零件。

AutoForm 軟件是目前沖壓仿真模塊應(yīng)用最為普遍的一款軟件，其仿真分析應(yīng)用廣、時(shí)間短、效率高、操作簡單，可以用來分析沖壓件的成形、修邊、回彈、面品缺陷、滑移線、沖擊線等，目前已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各大汽車主機(jī)廠及模具廠薄板沖壓零件的成形仿真分析。本文以某車型發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板為例，圍繞棱線圓角開裂的問題進(jìn)行優(yōu)化，分析參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整。

產(chǎn)品詳細(xì)信息

此發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板大致尺寸為1702mm×1166mm ×166mm，零件材質(zhì)為HC180BD+Z，料厚為0.65mm。圖1 為該發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板棱線位置斷面尺寸信息，從斷面數(shù)據(jù)上可以看到，棱線圓角半徑為R3，側(cè)壁拔模角為17°，立壁深度為78mm。由于棱線圓角小，立壁深且陡，可以判斷棱線圓角的成形會是這個(gè)零件最復(fù)雜的一部分。

圖1 棱線位置斷面尺寸

圖2 OP10 拉延

沖壓工藝設(shè)計(jì)

該發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板采用4 工序進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，OP10拉延(圖2)、OP20 修邊+側(cè)修邊+沖孔(圖3)、OP30 修邊+翻邊+側(cè)翻邊(圖4)、OP40 修邊+翻邊+側(cè)翻邊(圖5)。

沖壓成形仿真分析

發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板材料為HC180BD+Z，仿真分析模擬用材質(zhì)詳細(xì)參數(shù)見表1。

圖3 OP20 修邊+側(cè)修邊+沖孔

圖4 OP30 修邊+翻邊+側(cè)翻邊

圖5 OP40 修邊+翻邊+側(cè)翻邊

表1 仿真分析用材質(zhì)參數(shù)

圖6 拉延有限元分析模型

采用單動(dòng)拉延成形，有限元分析模型如圖6 所示。模型中凸模、凹模、壓邊圈選擇剛性材料，分析中采用彈塑性殼單元理論，網(wǎng)格進(jìn)行自適應(yīng)6 級劃分，拉延筋采用等效筋模型(Adaptive Line Bead)，壓邊圈行程為120mm，壓邊力為170t，毛坯與模具各部件間的摩擦系數(shù)取值0.15，成形速度v 取值1m/s，分析精度模型采用FV。

拉延成形分析顯示，通過多次迭代優(yōu)化拉延筋系數(shù)、壓邊力及拉延補(bǔ)充面等工藝參數(shù)，得到較優(yōu)的結(jié)果：FLD 圖(圖7)顯示無開裂，減薄率中間大面滿足減薄大于5%的要求，但是兩側(cè)棱線圓角立壁減薄(22.5%)已接近減薄極限，此分析結(jié)果黃燈通過，滿足硬模加工條件。

圖7 拉延仿真分析結(jié)果-FLD 圖

硬模加工調(diào)試

棱線圓角位置按照銳棱加工技術(shù)要求進(jìn)行加工，實(shí)際加工完的凸模如圖8 所示，首次出件時(shí)棱線圓角開裂嚴(yán)重，經(jīng)過一個(gè)月優(yōu)化研合拋光，開裂問題無明顯改善(圖9)。

圖8 銳棱加工后的凸模

圖9 現(xiàn)場調(diào)試零件開裂

優(yōu)化模擬分析

針對現(xiàn)場出現(xiàn)棱線圓角嚴(yán)重開裂問題，與CAE仿真分析結(jié)果存在明顯不一致，我們嘗試去調(diào)整仿真分析的參數(shù)設(shè)置來提高模擬分析的精度。在精度設(shè)置為FV 的基礎(chǔ)上，采用局部網(wǎng)格細(xì)化功能細(xì)化棱線位置網(wǎng)格，分析結(jié)果無明顯差別。高級參數(shù)設(shè)置中，將厚向應(yīng)力由off 調(diào)整為on，分析結(jié)果與現(xiàn)場結(jié)果接近(圖10)。

圖10 打開厚向應(yīng)力分析結(jié)果

基于以上的分析驗(yàn)證，我們在開裂模擬文件的基礎(chǔ)上尋找解決開裂的方案。通過降低棱線對應(yīng)區(qū)域拉延筋高度，我們得到了成形性較好的結(jié)果(圖11)，但是局部外觀面的減薄率(圖12)有降低，零件剛性變差?，F(xiàn)場按照最新分析的拉延筋高度降低對應(yīng)位置拉延筋進(jìn)行試模，出件效果改善明顯，但是局部兩處仍存在縮頸(圖13)。由于現(xiàn)場試模板料采用的是國內(nèi)二線鋼廠的板料，板料性能存在偏差，臨時(shí)用寶鋼同牌號板材進(jìn)行試模，縮頸問題得到解決(圖14)。

圖11 降低拉延筋高度分析成形性

圖12 降低拉延筋高度分析減薄率

圖13 現(xiàn)場降低拉延筋高度試模圖片

結(jié)束語

圖14 寶鋼板材試模圖片

本文針對發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板銳棱圓角開裂的案例進(jìn)行分析，找出影響AutoForm 軟件銳棱圓角成形模擬精度的參數(shù)，并通過AutoForm 軟件不斷進(jìn)行工藝優(yōu)化以制定可行的方案，并最終指導(dǎo)現(xiàn)場調(diào)試出合格的沖壓件。同時(shí)，基于此案例，我們優(yōu)化了AutoForm 軟件銳棱圓角分析設(shè)置規(guī)范，為新項(xiàng)目的銳棱工藝正常開展提供了技術(shù)支持。

琴：指古琴，亦稱瑤琴、玉琴、七弦琴，中國最古老的彈撥樂器之一。古琴是在孔子時(shí)期就已盛行的樂器，至少也有3000年以上的歷史了。上世紀(jì)初才被稱作“古琴”。