May 17, 2022
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作者:魏霄俊
(同濟大學汽車學院,上海 200092)
摘要:為解決某車型左前門鉸鏈處變薄問題,通過計算機軟件建立研究模型,開展了沖壓成型仿真研究,運用正交試驗法對摩擦因數(shù)、壓邊力、壓邊圈行程等工藝參數(shù)展開系統(tǒng)研究,獲取最佳參數(shù)組合后開展現(xiàn)場試驗,結(jié)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企業(yè)沖壓零件外觀缺陷問題提供解決思路。
關(guān)鍵詞:汽車沖壓件 表面質(zhì)量 CAE 正交試驗
中圖分類號:U463.82+1
文獻標識碼:B DOI:10.19710/J.cnki.1003-8817.20180124
1 前言
沖壓是整車生產(chǎn)中的重要步驟,亦為制造流程中的首個工藝。
汽車沖壓件的質(zhì)量問題中,零件變薄所引起的開裂、縮頸、剛性不足等缺陷一直是整車廠重點關(guān)注的問題,它不僅影響車身外觀質(zhì)量,更可能對整車安全性和功能性產(chǎn)生影響。
以往,汽車企業(yè)在沖壓件批量制造過程中的品質(zhì)改善基本依靠現(xiàn)場工程師的個人能力。
本文以某車型前門內(nèi)板仿真計算和正交試驗法為基礎(chǔ),開展沖壓成型仿真研究,針對門鉸鏈處變薄問題提出了最佳參數(shù)組合并進行了試驗驗證。
2 CAE仿真分析
2.1 工藝數(shù)模建立
目前汽車沖壓成型 CAE 軟件以 AutoForm、 DYNAFORM、PAM-STAMP 為主,前兩個軟件使用較多,而且 AutoForm 易于上手,因此本文使用 AutoForm 開展分析。
AutoForm 建立的工藝補充面拙劣,無法達到生產(chǎn)要求,因此選擇 3D CATIA 來創(chuàng)建工藝模型。在創(chuàng)建工藝模型時,關(guān)聯(lián)運動角度、后續(xù)沖裁、整形尺寸和角度。
模型創(chuàng)建完成后,選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口(IGES 等),把曲面模型轉(zhuǎn)換到AutoForm中。
2.2 坯料輪廓線定義
前門內(nèi)板零件相對于外覆蓋件造型簡單,故在定義坯料輪廓線時根據(jù)經(jīng)驗通常選用方形料,然后使用 AutoForm 分析調(diào)整坯料。
圖 1 所示為某車型左前門內(nèi)板坯料形狀及規(guī)格,使用剪切工藝來生產(chǎn)板料。
圖1 某車型左前門內(nèi)板坯料及規(guī)格
2.3 網(wǎng)格劃分
AutoForm提供2類網(wǎng)格劃分方式,各自要求有著很大的區(qū)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(jié)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)點為單位尺寸相對平均,無畸形單位,還能達到網(wǎng)格相容性要求。
圖2 網(wǎng)格劃分結(jié)果
2.4 材料指標確定
通常,材料都展現(xiàn)出各向異性,按照彈性及塑性模量的變形要求,除設(shè)置屈服強度σ0、抗拉強度 Rm 外,還需設(shè)置 0°、45°、90°方向的塑性應(yīng)變比,分別為r0、r45、r90。上述指標應(yīng)盡量通過試驗獲取。
本文左前門內(nèi)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(shù)據(jù)庫,應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3所示。
2.5 拉延筋設(shè)置
如圖4所示,因為左前門內(nèi)板仿真時選擇單拉深筋一般無法很好地優(yōu)化板料阻力和流動程度,所以此處左前門內(nèi)板的等效筋要求不少于2道。
等效筋數(shù)量的不當定義常導(dǎo)致材料報廢,所以零件開發(fā)階段就要全方位衡量材料性能參數(shù)、拉延筋分配量及材料有效使用率。
圖4 拉延筋設(shè)置
2.6 摩擦因數(shù)設(shè)置
沖壓拉延時,摩擦主要存在于模具與料片間,在制造過程中以監(jiān)控沖壓線清洗機的油量實現(xiàn)摩擦因數(shù)控制,但軟件模擬時一般使用恒定的數(shù)值,本文仿真過程設(shè)摩擦因數(shù)為0.15。
2.7 定位距設(shè)置
考慮到左前門內(nèi)板的材料長度約 1 900 mm,寬度約1 500 mm,加上壓邊圈的曲率作用,使得制造時料片發(fā)生側(cè)移導(dǎo)致仿真偏差。
故前期通常選擇定位距來保證材料的位置,如圖5所示。
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(nèi)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 定義為壓力焦點和產(chǎn)品焦點匹配偏差,壓邊圈出現(xiàn)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
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(xiàn)歪斜,引起壓邊力分配偏差。
壓邊中心不允許定義為None,開啟運算(允許選擇操作模式)為拉延筋出現(xiàn)挺舉力的前提。
2.9 建立工序模具
拉延為料片在模具活動時發(fā)生走料變形,一般情況下為首道工序,也是后續(xù)全部工序的基礎(chǔ)。
拉延決定著產(chǎn)品平直、制造節(jié)拍及制造運營費用。
拉延工序設(shè)計過程中,要全面權(quán)衡拉延角度、材料規(guī)格、壓邊圈等要素的干擾,工藝補充面參數(shù)多,如工藝規(guī)劃、設(shè)備沖次、拉延力、材料性能指標、清洗機油量等。
根據(jù)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,各因素內(nèi)部亦存在復(fù)雜的關(guān)系。
如,拉延力和清洗機油量的改變均會導(dǎo)致門鉸鏈區(qū)域的材料厚度變化,上述波動有時發(fā)生累積作用,有時亦會發(fā)生中和作用[1]。
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