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轉發(fā)自：視界

作者：魏霄俊

（同濟大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海 200092）

摘要：為解決某車(chē)型左前門(mén)鉸鏈處變薄問(wèn)題，通過(guò)計算機軟件建立研究模型，開(kāi)展了沖壓成型仿真研究，運用正交試驗法對摩擦因數、壓邊力、壓邊圈行程等工藝參數展開(kāi)系統研究，獲取最佳參數組合后開(kāi)展現場(chǎng)試驗，結果表明零件變薄率達到最優(yōu)狀態(tài)，所提出的分析方法可為汽車(chē)企業(yè)沖壓零件外觀(guān)缺陷問(wèn)題提供解決思路。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)沖壓件 表面質(zhì)量 CAE 正交試驗

中圖分類(lèi)號：U463.82+1

文獻標識碼：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20180124

1 前言

沖壓是整車(chē)生產(chǎn)中的重要步驟，亦為制造流程中的首個(gè)工藝。

汽車(chē)沖壓件的質(zhì)量問(wèn)題中，零件變薄所引起的開(kāi)裂、縮頸、剛性不足等缺陷一直是整車(chē)廠(chǎng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，它不僅影響車(chē)身外觀(guān)質(zhì)量，更可能對整車(chē)安全性和功能性產(chǎn)生影響。

以往，汽車(chē)企業(yè)在沖壓件批量制造過(guò)程中的品質(zhì)改善基本依靠現場(chǎng)工程師的個(gè)人能力。

本文以某車(chē)型前門(mén)內板仿真計算和正交試驗法為基礎，開(kāi)展沖壓成型仿真研究，針對門(mén)鉸鏈處變薄問(wèn)題提出了最佳參數組合并進(jìn)行了試驗驗證。

2 CAE仿真分析

2.1 工藝數模建立

目前汽車(chē)沖壓成型 CAE 軟件以 AutoForm、 DYNAFORM、PAM-STAMP 為主，前兩個(gè)軟件使用較多，而且 AutoForm 易于上手，因此本文使用 AutoForm 開(kāi)展分析。

AutoForm 建立的工藝補充面拙劣，無(wú)法達到生產(chǎn)要求，因此選擇 3D CATIA 來(lái)創(chuàng )建工藝模型。在創(chuàng )建工藝模型時(shí)，關(guān)聯(lián)運動(dòng)角度、后續沖裁、整形尺寸和角度。

模型創(chuàng )建完成后，選擇數據轉換接口（IGES 等），把曲面模型轉換到AutoForm中。

2.2 坯料輪廓線(xiàn)定義

前門(mén)內板零件相對于外覆蓋件造型簡(jiǎn)單，故在定義坯料輪廓線(xiàn)時(shí)根據經(jīng)驗通常選用方形料，然后使用 AutoForm 分析調整坯料。

編輯

圖 1 所示為某車(chē)型左前門(mén)內板坯料形狀及規格，使用剪切工藝來(lái)生產(chǎn)板料。

圖1 某車(chē)型左前門(mén)內板坯料及規格

2.3 網(wǎng)格劃分

AutoForm提供2類(lèi)網(wǎng)格劃分方式，各自要求有著(zhù)很大的區別，坯料網(wǎng)格主要用于參與計算，工具網(wǎng)格主要用于接觸判斷。

坯料網(wǎng)格劃分結果如圖2 所示，因為要參與CAE計算，所以對網(wǎng)格部分的要求較苛刻。

坯料網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)為單位尺寸相對平均，無(wú)畸形單位，還能達到網(wǎng)格相容性要求。

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圖2 網(wǎng)格劃分結果

2.4 材料指標確定

通常，材料都展現出各向異性，按照彈性及塑性模量的變形要求，除設置屈服強度σ₀、抗拉強度 R_m 外，還需設置 0°、45°、90°方向的塑性應變比，分別為r₀、r₄₅、r₉₀。上述指標應盡量通過(guò)試驗獲取。

本文左前門(mén)內板采用寶武 DC56D+Z50/50 材料，按照表 1 所示的性能指標建立匹配的數據庫，應力應變曲線(xiàn)如圖3所示。

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2.5 拉延筋設置

如圖4所示，因為左前門(mén)內板仿真時(shí)選擇單拉深筋一般無(wú)法很好地優(yōu)化板料阻力和流動(dòng)程度，所以此處左前門(mén)內板的等效筋要求不少于2道。

等效筋數量的不當定義常導致材料報廢，所以零件開(kāi)發(fā)階段就要全方位衡量材料性能參數、拉延筋分配量及材料有效使用率。

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圖4 拉延筋設置

2.6 摩擦因數設置

沖壓拉延時(shí)，摩擦主要存在于模具與料片間，在制造過(guò)程中以監控沖壓線(xiàn)清洗機的油量實(shí)現摩擦因數控制，但軟件模擬時(shí)一般使用恒定的數值，本文仿真過(guò)程設摩擦因數為0.15。

2.7 定位距設置

考慮到左前門(mén)內板的材料長(cháng)度約 1 900 mm，寬度約1 500 mm，加上壓邊圈的曲率作用，使得制造時(shí)料片發(fā)生側移導致仿真偏差。

故前期通常選擇定位距來(lái)保證材料的位置，如圖5所示。

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2.8 工具定義

2.8.1 壓邊中心

如圖6所示，其包含4部分內容：None定義為軟件仿真全程壓邊力一直作為平均安置狀態(tài)；Tool center / Blank center 定義為壓力焦點(diǎn)和產(chǎn)品焦點(diǎn)匹配偏差，壓邊圈出現歪斜，造成壓力分布非均勻。

2.8.2 壓邊圈剛度

考慮到非均勻壓邊力的情況，將壓邊圈定義為彈性體，其余定義為剛體。

修改其剛度是均勻分配壓邊力的一種手段。

圖6 壓邊中心

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2.8.3 平衡塊

優(yōu)化平衡塊可最大限度地防止壓邊力聚集于一處。

2.8.4 拉延筋挺舉力

它可使壓邊圈出現歪斜，引起壓邊力分配偏差。

壓邊中心不允許定義為None，開(kāi)啟運算（允許選擇操作模式）為拉延筋出現挺舉力的前提。

2.9 建立工序模具

拉延為料片在模具活動(dòng)時(shí)發(fā)生走料變形，一般情況下為首道工序，也是后續全部工序的基礎。

拉延決定著(zhù)產(chǎn)品平直、制造節拍及制造運營(yíng)費用。

拉延工序設計過(guò)程中，要全面權衡拉延角度、材料規格、壓邊圈等要素的干擾，工藝補充面參數多，如工藝規劃、設備沖次、拉延力、材料性能指標、清洗機油量等。

根據經(jīng)驗，上述因素對零件品質(zhì)的影響程度和方向存在差異，同時(shí)，各因素內部亦存在復雜的關(guān)系。

如，拉延力和清洗機油量的改變均會(huì )導致門(mén)鉸鏈區域的材料厚度變化，上述波動(dòng)有時(shí)發(fā)生累積作用，有時(shí)亦會(huì )發(fā)生中和作用[1]。