汽車前圍板拉延成形模面及工藝優(yōu)化

2汽車前圍板拉延成形模面及工藝優(yōu)化彭廣威（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院湖南株洲412001）摘要:汽車復(fù)雜覆蓋件的拉延模面決定了沖壓件的成形性、表面質(zhì)量和尺寸精度，是其成形模具設(shè)計(jì)的核心和關(guān)鍵，合理設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面可有效改善板料變形的均勻性。本文基于CAD/CAE協(xié)同設(shè)計(jì)思路，對(duì)某新款汽車前圍板零件拉延成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析，設(shè)計(jì)合理的拉延成形模面，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化成形參數(shù)。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行了板料厚度對(duì)比分析，優(yōu)化后的模擬結(jié)果與實(shí)際成形產(chǎn)品的變化趨勢(shì)相同，模擬精度可靠。通過(guò)成形數(shù)值模擬，可預(yù)測(cè)板料的成形缺陷，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及沖壓成形模面的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的指導(dǎo)，而且可極大縮短周期，節(jié)約成本。關(guān)鍵詞:汽車前圍板、拉延成形、數(shù)值模擬中圖分類號(hào):TG385TheOptimizationofthediesurfaceandFormingProcessforCarDashPanelPENGGUANG-WEI(HunanAutomotiveEngineeringVocationalCollege,Zhuzhou,Hunan412001)Abstract:Thedrawingdiesurfaceofcomplexautomotivecoveringpartsdeterminestheformabilityofthestamping,surfacequalityanddimensionalaccuracy,andisthecoreofitsformingdiedesign,thereasonabledesignofaddendumsurfacecaneffectivelyimprovetheuniformityofsheetmetaldeformation.Inthearticle,BasedonCAD/CAEcollaborativedesignideas,thestampingprocessofanewcardashpanelpartswassimulated,throughtheanalysisofsimulationresults,thedrawingmoldsurfacewasdesigned,andformingparameterswereoptimized.Thecontrastanalysisofthesimulationresultswiththeactualproductsheetthicknessshowsthattheoptimizedsimulationresultsandtheactualformingproductshavethesamechangetrends,simulationthereforeisreliable.Throughformingnumericalsimulationofsheetmetalformingdefectscanbepredicted,theproductstructureandtheoptimizationdesignonthesurfaceofthestampingdieprovidesareliableguide,andcangreatlyshortenthecycleandcostsavings.Keywords:CarDashPanel、DrawingForming、NumericalSimulation-------------------------------------基金項(xiàng)目：2014年湖南省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目“基于三維數(shù)字化RE與CAE技術(shù)的汽車前圍板結(jié)構(gòu)及工藝優(yōu)化”（14C1202）作者簡(jiǎn)介:彭廣威(1975-),男,在讀博士，副教授。研究方向：材料成形理論及技術(shù)通訊地址:湖南省株洲市紅旗北路476號(hào)湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院.郵編:412001電話Email：44716656@

1、引言汽車前圍板是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙與車廂之間的隔板，為典型的汽車覆蓋件零件，與一般沖壓件相比，具有材料薄、尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料強(qiáng)度高、表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。覆蓋件成形的基本工序包括：拉延、修邊及翻邊等，其中拉延成形工序最為關(guān)鍵[1]。本文采用有限元分析軟件Dynaform對(duì)某款新型車的前圍板零件的拉延成形進(jìn)行了模擬仿真，通過(guò)模擬分析，利用CAD軟件對(duì)零件的成形模面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步調(diào)整成形工藝，合理設(shè)置拉延筋，從而避免了開(kāi)裂和起皺等成形缺陷，保證了工件質(zhì)量，CAD/CAE的協(xié)同設(shè)計(jì)能有效指導(dǎo)汽車覆蓋件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)[2]。2、零件的工藝性分析及數(shù)模預(yù)處理汽車前圍板零件如圖1所示，材料為DC06。零件的長(zhǎng)、寬、高的尺寸約為1400mm×540mm×210mm,材料厚度為1.6mm。零件表面有20個(gè)大小各異的孔，而且在零件的兩端和中間存在明顯的高度差，零件成形工藝較復(fù)雜，主要包括拉延、切邊沖孔、翻邊、沖孔整形等工序。本零件的沖壓成形質(zhì)量主要取決于第一道拉延工序，因其形狀復(fù)雜，必須通過(guò)數(shù)值模擬分析其拉延成形工藝性，以設(shè)計(jì)合理的拉延模面及成形工藝參數(shù)[3圖1汽車前圍板零件Fig.1CarDashPanel3、預(yù)成形模擬與結(jié)果分析在對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)與工藝優(yōu)化之前，利用Dynaform軟件進(jìn)行沖壓成形預(yù)模擬，分析零件的成形工藝性，分析板料的變形狀態(tài)與規(guī)律，找出存在開(kāi)裂及起皺等缺陷的地方，然后有針對(duì)性地對(duì)零件拉延模面結(jié)構(gòu)及成形工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。3.1產(chǎn)品模型預(yù)處理產(chǎn)品的翻邊、凸緣及孔洞一般都是通過(guò)后續(xù)工序成形出來(lái)的，故拉延工序模擬時(shí)，需對(duì)原始零件數(shù)（3）在兩側(cè)凹面處增加拉延臺(tái)，以改善零件各方向變形的均勻性，使兩側(cè)充分拉延，避免因材料流入凹模內(nèi)堆積而造成E、F、G、H等區(qū)域起皺的問(wèn)題。這部分的拉延特征要在后續(xù)的切邊工序中切除，然后再進(jìn)行側(cè)端翻邊，所以要預(yù)留足夠的切邊尺寸。（4）將后側(cè)的翻邊面進(jìn)行側(cè)向延伸補(bǔ)充成拉延臺(tái)，不僅可改善板料變形的均勻性，避免I、J處的起皺，同時(shí)可直接將后側(cè)翻邊成形，多余板料在后續(xù)工序中進(jìn)行切除。4.2成形工藝優(yōu)化將優(yōu)后化的曲面模型重新導(dǎo)入Dynaform，為了調(diào)節(jié)板料流進(jìn)模腔的進(jìn)料阻力，需在壓料面上適當(dāng)位置設(shè)置拉延筋，在有限元仿真分析中，采用等效拉深阻力代替實(shí)際拉深筋，拉延筋為復(fù)雜的空間曲線，離?？诘木嚯x取30mm。經(jīng)多次模擬優(yōu)化，最終設(shè)置的拉延筋位置如5所示，設(shè)定其完全鎖模力為500N。因頂部成形特征較復(fù)雜，為保證質(zhì)量，將模具單邊間隙調(diào)整為5%，模面優(yōu)化后的壓邊力取240KN。圖5拉延筋的設(shè)置Fig.5TheDraw-beadSetting4.3優(yōu)化后的模擬結(jié)果經(jīng)多次參數(shù)優(yōu)化后的成形模擬FLD如圖6所示。在成形零件的有效區(qū)域內(nèi)，開(kāi)裂危險(xiǎn)區(qū)和嚴(yán)重起皺區(qū)基本消除，起皺趨勢(shì)區(qū)大幅度減小，產(chǎn)品各成形區(qū)域達(dá)到預(yù)期的形狀，表面較為光整平滑，質(zhì)量符合要求。圖6優(yōu)后化的成形FLD圖Fig.6FLDofOptimizedBlankForming4.4成形產(chǎn)品的對(duì)比分析通過(guò)模面及工藝參數(shù)優(yōu)化后的成形產(chǎn)品實(shí)物如圖7所示。圖7成形產(chǎn)品實(shí)物Fig.7TheRealFormingProduct通過(guò)觀察對(duì)比，產(chǎn)品補(bǔ)面區(qū)和壓邊區(qū)的局部起皺區(qū)域與模擬結(jié)果能較好的吻合。為進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值模擬精度，選擇了如圖8模擬結(jié)果中所示幾處關(guān)鍵部位與產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行了厚度對(duì)比，其中A、B、C、D、E處為變薄較嚴(yán)重區(qū)，F(xiàn)、G、H、I、J處為變厚較嚴(yán)重區(qū)。對(duì)比結(jié)果如表2所示。圖8板料模擬成形的厚度變化Fig.8TheThicknessofTheSheetFormingSimulation表2模擬結(jié)果與產(chǎn)品實(shí)物的厚度對(duì)比Table2Thesimulationresultscomparedwiththethicknessoftheproduct部位模擬厚度值（mm）產(chǎn)品厚度值（mm）偏差值（mm）A1.151.21+0.06B1.281.27-0.01C1.301.32+0.02D1.161.23+0.07E1.181.29+0.11F1.781.77-0.01G1.841.80-0.04H1.761.78+0.02I1.731.78+0.06J1.741.82+0.08由對(duì)比數(shù)值可得：模擬結(jié)果與實(shí)物成形后的厚度變化基本趨勢(shì)相同，整體模擬精度較高，但也存在一些厚度值的偏差。分析原因主要有：（1）數(shù)字模面的一些轉(zhuǎn)角通過(guò)多次倒圓角而成，并不光順，而實(shí)際模具的轉(zhuǎn)角曲面是通過(guò)鉗工多次修磨，在沖壓潤(rùn)滑劑的作用下減輕了變薄趨勢(shì)，如A、D處；（2）實(shí)際板料的各向異性與模擬時(shí)的板料參數(shù)有一定差別，同時(shí)因?yàn)閴哼吜φ`差的存在，從而使得部分區(qū)域的偏差值較大，如I、J處。4、結(jié)論(1)通過(guò)CAE/CAD協(xié)同設(shè)計(jì)，根據(jù)模擬結(jié)果，反復(fù)對(duì)汽車前圍板的成形模面及成形工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的模擬結(jié)果與實(shí)際成形產(chǎn)品的厚度變化趨勢(shì)相同，模擬精度可靠。(2)拉延模面決定了沖壓件的成形性、表面質(zhì)量和尺寸精度，是復(fù)雜覆蓋件成形模具設(shè)計(jì)的核心和關(guān)鍵，合理設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面可有效改善板料變形的均勻性。（3）通過(guò)成形數(shù)值模擬，可預(yù)測(cè)板料的成形缺陷，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及沖壓成形模面的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的指導(dǎo)，而且可極大縮短周期，節(jié)約成本[6]。參考文獻(xiàn)：[1]王秀鳳，郎利輝.板料成形CAE設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.1.105-119.WangXiufeng,LangLihui.SheetMetalFormingCAEDesignandApplication[M].Beijing:BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPress,2008.1.105-119.[2]陳文琳,李志杰,王少陽(yáng).汽車前圍板沖壓數(shù)值模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化[J].精密成形工程，2011.3（3）：15-19.ChenWenlin,LiZhijie,WangShaoyang.NumericalSimulationandParameterOptimizingoftheStampingFormingProcessofAutoFrontPanel[J].JournalofNet-ShapeFormingEngineering,011.3（3）：15-19.[3]陳瀧，陳煒，單英，等.復(fù)雜車身覆蓋件拉深模具模面設(shè)計(jì)研究[J].熱加工工藝，2014，43（7）：89-91.ChenLong,ChenWei,ShanYing,etc.StudyonDieFaceDesignofComplexAutomobilePanelDrawingDie[J].HotWorkingTechnology，2014，43（7）：89-91.[4]彭廣威.汽車儀表盤支架數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化[J].熱加工工藝，2013，42（19）：95-99.PengGuangwei.NumericalSimulationandTechnologyOptimizationonFormingofInstrumentBoardBracketforAutomobile[J].HotWorkingTechnology，2013，42（19）：95-99.[5]胡平.汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.3.102-118.Huping.

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專家審稿意見(jiàn)：

文章基于CAD/CAE協(xié)同設(shè)計(jì)思路，用DYNAFORM軟件對(duì)汽車前圍板零件的拉延成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與實(shí)物進(jìn)行了比對(duì)，驗(yàn)證了模擬的結(jié)果，通過(guò)模擬設(shè)計(jì)的合理拉延成形模面，及優(yōu)化的成形工藝參數(shù)，得到了合格的成形產(chǎn)品。結(jié)論有一定的應(yīng)用價(jià)值。但是對(duì)比結(jié)果存在明顯的不足，只用一張實(shí)物圖進(jìn)行對(duì)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)添加一些關(guān)鍵點(diǎn)處的厚