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CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中的應(yīng)用
（作者未知） 2009/4/11
摘要：本文簡述了CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形中的應(yīng)用，通過對拉延工序進行沖壓成形模擬分析，提前預(yù)知成形缺陷，并采取有效措施，進行工藝參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化。實踐證明，分析計算縮短了模具制造周期，減少了模具調(diào)試次數(shù)，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：CAE技術(shù)；沖壓成形；模具調(diào)試
1 前言
汽車覆蓋件具有外形尺寸較大，材料比較薄，型面起伏復(fù)雜，尺寸精度與表面質(zhì)量要求較高，在拉伸成形過程中容易出現(xiàn)拉裂、起皺現(xiàn)象。模具調(diào)試過程中需要浪費大量的人力、物力和財力。近年來隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，CAE（計算機輔助工程）技術(shù)目前已經(jīng)在各大汽車模具廠廣泛用于產(chǎn)品模擬分析、沖壓板材成形過程分析。通過提前對產(chǎn)品可能出現(xiàn)的成形缺陷進行研究，預(yù)示汽車覆蓋件沖壓成形的可行性。根據(jù)理論上的模擬分析結(jié)果，提高產(chǎn)品工藝補充設(shè)計的合理性，減少模具實際調(diào)試次數(shù)，近而達到縮短模具制造周期、降低生產(chǎn)調(diào)試成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效能，保證新車型及時投放市場。本文利用Dynaform分析軟件,以公司G項目中的頂蓋產(chǎn)品分析為例，介紹CAE技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形的應(yīng)用。
2 產(chǎn)品介紹
圖1所示為我公司最近開發(fā)G項目標(biāo)準(zhǔn)短軸距頂蓋產(chǎn)品，其材料為SPCC,料厚t=0.9mm，整體來看，具有材料較薄，外形尺寸較大，端部型面極不規(guī)則，成形困難，沖壓工藝補充以及后續(xù)模具設(shè)計比較復(fù)雜等特點。
圖1 頂蓋產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型
3 CAE分析工作流程
CAE分析技術(shù)在汽車覆蓋件沖壓成形應(yīng)用中的工作流程，見下圖2所示。
圖2 CAE分析工作流程圖
4 汽車覆蓋件工藝補充設(shè)計注意要點
（1）選定合適的沖壓方向，保證凸模將工件一次拉伸到位，凸模兩側(cè)包容角盡可能保持一致，周邊進料均勻，盡可能降低拉伸深度，并盡量深度均勻。
（2）選用合適板材，一般在滿足產(chǎn)品強度要求的情況下，盡量選用屈服點σb和屈服強度σb /σs 較低，延伸率δ、厚向異性指數(shù)n較高的薄板材料。
（3）壓料面應(yīng)設(shè)計為平面、單曲面或曲率半徑很小的雙曲面，使材料各處變形均勻，在不產(chǎn)生褶皺的情況下，易于材料流入，同時，盡量減少工藝補充面，提高材料利用率。
（4）根據(jù)各個部位的成形特點有效設(shè)置拉延筋及參數(shù)，并考慮制件的定位以及取放件操作的方便性、安全性。
5 CAE模擬分析實例
5.1 三維數(shù)據(jù)的導(dǎo)入
利用UG等CAD設(shè)計軟件中對數(shù)學(xué)模型進行整理，確定相關(guān)材料、料厚及其偏置方向等相關(guān)參數(shù)，避免存在重疊面、尖角、漏洞等現(xiàn)象，包括沖壓方向、工藝補充面等，而后導(dǎo)入Dynaform分析軟件中，為了得到均勻規(guī)則的分析網(wǎng)格，提高分析精度，要進一步檢查片體是否存在負角，并對局部尖角部位進行型面光順，然后設(shè)置當(dāng)前層，并進行網(wǎng)格劃分，分別建立有限元凹模、壓料圈、和毛坯模型。下圖3、圖4為頂蓋拉延模的有限元模型。
圖4 等效筋設(shè)置
5.2 材料參數(shù)和邊界條件
汽車頂蓋材料采用日本標(biāo)準(zhǔn)SPCC，厚度0.9mm，楊氏模量E=202MPa，泊松比υ=0.32，密度ρ=7.6X106，硬化系數(shù)K=0.57MPa，硬化指數(shù)n=0.238，各向異性指數(shù)ro=1.67，r45=1.32 r90=2.32，硬化曲線σ=κ（ε0+εp ）n。邊界條件如下：確定摩擦系數(shù)μ=0.125，壓邊力為350KN。
5.3 模擬分析結(jié)果研究
（1）根據(jù)模擬結(jié)果，對FLD（成形極限圖）進行研究，發(fā)現(xiàn)端部變形嚴重，有開裂趨勢，而中心部位變形不夠充分，容易導(dǎo)致制件弓性回彈，見下圖5所示。
圖5 FLD（成形極限圖）
（2）通過厚度變化圖分析，發(fā)現(xiàn)最薄處材料減薄量高達66%，已處于破裂范圍。見下圖6所示。
圖6 模擬分析后板材厚度變化圖
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（3）通過對應(yīng)力、應(yīng)變以及載荷曲線圖分析，可以了解板材在成形過程中的各時刻點受力參數(shù)。見下圖7所示。
圖7 模擬分析后應(yīng)變分布圖
5.4 修邊回彈分析
由于頂蓋產(chǎn)品本身具有制件形體寬度較大，在剛性不足時，很容易產(chǎn)生下榻或弓起回彈現(xiàn)象，為了更好的進行控制修邊后的回彈，對制件進行了回彈分析，見下圖8、圖9、圖10所示。
圖8 回彈分析圖
圖9 A-A切面線圖
圖10 B-B切面線圖
5.5 端部側(cè)整形分析
頂蓋端部在模具設(shè)計時采用非標(biāo)斜楔進行側(cè)向整形，加上凸包部位（未完，下一頁）
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