CAE技术在汽车翼子板拉延模具设计中的应用


1眼图印章是汽车制造中非常重要的制造技术。大多数汽车覆盖件是用钣金冲压而成的,模具的制造周期会影响汽车的制造成本和新产品开发的周期。目前,国外汽车行业提出了3R战略,即:缩短产品的市场化周期,降低产品开发成本,降低汽车质量。重要的方面之一是降低车身面板模具的制造成本并缩短生产周期。

冲压工艺和模具设计是钣金成形技术的关键。冲压过程是一个非常复杂的物理过程,涉及力学中的三个非线性问题。 1几何非线性(钣金中的大位移,大旋转和大变形)2物理非线性(也称为材料非线性,是指冲压中材料的弹塑性变形)3边界非线性(指模具和板)由材料产生的接触摩擦引起的非线性关系)这些非线性的结合,再加上工件的不规则形状,使冲压过程的计算变得相当复杂,无法用常规方法解决。传统的模具和工艺设计只能基于用于初步设计计算的许多简化和假设,然后在很大程度上依靠经验以及反复的试验和模具来确保零件质量。这种方法被应用于需要高精度和良好成形性的大型复杂零件的工艺和模具设计,例如汽车罩,这不仅费时且昂贵,而且常常难以确保质量。部分。随着非线性理论,有限元方法以及计算机硬件和软件的迅猛发展,钣金成形的计算机仿真技术已逐渐成熟,并在冲压过程和模具设计中起着越来越重要的作用。冲压过程的计算机仿真本质上是使用数字仿真技术来分析给定模具和工艺条件下冲压板材的整个冲压过程,从而判断模具和工艺计划的合理性。每个模拟等效于试用过程。因此,成熟的仿真技术不仅可以减少试验次数,而且可以使模具和工艺设计在一定条件下通过一次,从而避免了模具维修。这样可以大大缩短新产品开发周期,降低开发成本,提高产品质量和市场竞争力。

X国家自然科学基金(国家科学技术基金项目)和国家“第十个五年”科学技术项目(2001BA205B17)2钣金成形过程的显式有限元计算bookmark1钣金成形的CAE软件基于弹塑性有限变形理论。根据不同的算法,将其分为显式和隐式两类,每种都有优点和缺点。本文中的CADEM软件使用4节点壳单元,并且在每个单元的中间定义以下坐标系,如下所示。

p 4r + naj0,非轴对称问题b,轴对称问题2.2控制方程是简化矩阵,a是柯西应力张量,2是假定应力场,B是应变位移矩阵,B假设应变位移矩阵其中,U是节点速度矢量,Wen是节点加速度矢量,n是边界域。当满足选择应力场2时,控制方程为Mt7=Fx屮Fc-(13)。在显式算法中,方程(13)的求解如下所示。坐标系随单位移动,所有物理量在以下坐标系中定义。等参插值之后,通过确定对角质量矩阵Mn而不求解联立方程来确定单元中的速度,并且可以从等式(15)获得时间n的加速度In,然后通过等式(16)和(17)。 n + 1个矩的位移矢量为Un + 1。 2.3本构方程材料的塑性变形用希尔氏各向异性弹塑性准则描述。联系人域方法用于联系人搜索。它是针对多对象接触系统而提出的,它避免了从表面方法处理多个对象的主要不便,并提高了接触搜索的效率。接触力通过防御节点法计算。防御节点方法是一种可以精确计算接触力并避免19=您的ChhaAcademicJournalElecfronic(()lishi求解联合方程式)的方法在防御部分/对点方法6i中,每个边缘部分4均具有后阶整形:可以适当地扩大产品部分(分为iMblishingHouse.Allrightsreserved。将虚拟接触节点(即防御节点)添加到接触对。

尽管它是一个虚拟节点,但它具有普通有限元节点具有的所有属性,例如速度,加速度和力。有关详细信息,请参见Wensaki 1。

通过非经典的非线性摩擦定律来计算薄板与模具之间的摩擦,从而补偿了库仑摩擦定律。没有考虑摩擦和相对滑动之间的关系。模拟的挡泥板是汽车的外罩,要进行拉拔,修整,冲压,整形和翻边等处理。由于外壳要求很高的几何精度,强度和表面光洁度,因此在完整的模具设计中,拉拔过程是最重要和最困难的过程。不正确的工艺设计通常会导致诸如龟裂和起皱等缺陷,从而使模具调试更加困难。应用仿真软件CADEM可以模拟钣金成形的全过程,及时预测可能出现的开裂和起皱缺陷,为完善模具面设计方案或修复模具提供基础。

3.1初始绘图过程设计初始轮廓设计主要基于过程设计者的经验。例如,用UG软件完成的几何模型包括产品表面,辅助表面,压制表面和拉延筋。产品表面取决于零件的几何形状。需要补充表面,粘合剂表面和拉延筋来增加产品的表面以满足成型要求。因此,合理设计辅助面,压面和拉延筋是获得高质量产品的关键。在过程设计中通常考虑以下方面。

3.1.1粘合剂表面的拉伸表面深度在很大程度上决定了产品的可成型性。对于外壳,可成型性的测量不仅取决于产品部件是否具有足够的塑性变形,还取决于变形分布是否均匀。成型性越好,制品的刚性越好,回弹小,有利于后序成型以获得高精度的制品零件。粘合剂表面的位置根据适当的绘图深度确定。挡泥板的拉深深度的初步计算为50。3.1.2补充表面以补充面部,以去除产品表面的角部并减小补充表面的倾斜度。补充表面是指从产品表面的边缘延伸到压制表面的过渡表面。辅助表面设计为使绘图表面尽可能平滑,这有利于材料的流动。有时,为了改善材料的流动性,添加了一些结构,例如突起。

3.1.3基于经验的凹模圆角模圆角的初步设计3.1.4拉延筋拉延筋用于控制和改善物料流动。初步设计的拉延筋的圆角半径为6mm,肋高度为5mm。为了确保成型零件的可成型性并便于调整,使用了双拉延筋。由于挡泥板是外壳,因此产品的表面质量非常高。当布置拉延筋的位置时,必须避免在产品部件中出现位线。

3.2计算机仿真仿真软件CADEM采用的是等效拉延筋模型,这对于修改工艺参数是有利的。因为修改拉延筋的形状和尺寸,是修模的主要手段之一。在初始型面数模中可以不画出拉延筋,通过仿真计算确定合理的拉延筋的尺寸和位置后,再在几何模型中增加拉延筋供加工。为凹模的有限元模型,凸模、压边圈的有限元模型是由凹模型面上相应的部分偏置板料厚度的110%派生而成。

按初设工艺条件进行仿真计算板料厚度0.8mm,材料为日本标准的SPCE,摩擦系数取0.12计算结果如所示。从图中可以看出翼子板整体成型性比较好,只是角部颜色较深处会拉裂。

4工艺改进为消除翼子板角部可能出现的拉裂现象,采取如下改进措施。

将拉裂的角上部圆角稍稍加大。该圆角为非产品部分,且还有后序整形,这一改动不会影响产品的最终尺寸要求。

将角部的凹模圆角加大至R12mm,以利于角部材料向里流动。

将角部附近的拉延筋高度降低,减少材料向里流动的阻力。

可以适当修改坯料的形状,将坯料拉裂处的角部尖角剪去,也可改善材料的流动状况。

为工艺改进后的仿真结果,拉裂现象得到有效消除。为实际冲压结果,可以看出与仿真结果非常一致。

工艺改进后的仿真结果工艺改进后实际冲压结果5结论应用CAE前后的模具生产流程见和。

由于在生产中引入了CAE分析技术,借助仿真软件CADEM,精确模拟了板料成型的全过程,准确预测了板料在成型过程中可能出现的缺陷,从而在模具加工前及时修改了冲压工艺方案,并通过仿真计算进行验证,提高了冲压工艺和模具设计质量,只需经过少量的修模就可获得高品质的模具,使得修模的工作量减少50%以上。这不仅降低了模具的开发成本也大大缩短了模具的开发周期。