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論汽車覆蓋件沖壓的有限元模擬研究
（作者未知） 2010/6/19
【論文關(guān)鍵詞】: 有限元; 數(shù)值模擬; 汽車覆蓋件; 拉延
【論文摘要】：針對(duì)汽車覆蓋件沖壓的有限元模擬方面的具體問題進(jìn)行了研究，采用彈塑性有限元的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究的方法，對(duì)汽車覆蓋件拉延過程中的成形進(jìn)行了研究。針對(duì)拉延模擬結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，尋找工藝參數(shù)的優(yōu)化方案，改進(jìn)的工藝方案使破裂情況明顯改善。
由于沖壓工藝具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低以及可加工復(fù)雜形狀等一系列優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，占有十分重要的地位[1]。但是沖壓模具的設(shè)計(jì)主要依據(jù)工程師長期積累的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于復(fù)雜的成形工藝和模具，設(shè)計(jì)質(zhì)量難以得到保證;一些關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)參數(shù)要在模具制造出來之后，通過反復(fù)的調(diào)試、修改才能確定。這樣就浪費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)問[2-3]。隨著有限元技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬已逐漸成為工藝分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效工具。
1. 有限元模型的建立和參數(shù)設(shè)定
一般汽車覆蓋件工藝設(shè)計(jì)流程具體分析如下: (1) 根據(jù)產(chǎn)品圖及產(chǎn)品沖壓工藝設(shè)計(jì)，進(jìn)行詳細(xì)的車身產(chǎn)品工藝性分析。為了實(shí)現(xiàn)拉延或創(chuàng)造良好的拉延條件，必須合理考慮沖壓方向、工藝補(bǔ)充部分形狀以及壓料面形式、拉延筋布置等重要工藝因素。其中包括利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的工藝補(bǔ)充面三維設(shè)計(jì)。(2) 在滿足產(chǎn)品使用的前提下，將過剩的質(zhì)量要求及時(shí)反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門，進(jìn)行研討，力爭(zhēng)把產(chǎn)品完善到最簡(jiǎn)單、最合理的工藝要求，以克服產(chǎn)品的過剩質(zhì)量，減少不必要的工裝投入。(3) 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行車身產(chǎn)品的沖壓工藝性分析，進(jìn)行圖面形狀的分析探討和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握產(chǎn)品使用性能要求的前提下，考慮用戶使用和維修，利用塑性加工原理、沖壓工藝知識(shí)和模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)沖壓工藝過程圖。在設(shè)計(jì)過程中，同時(shí)要分析沖壓工藝方案，發(fā)現(xiàn)不足之處，進(jìn)行必要的修正。(4) 模具設(shè)計(jì)人員按照沖壓工藝過程圖的基本要求進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，模具CAD設(shè)計(jì)包括上、下模座，工作部分零件，導(dǎo)向部件，定位零件和進(jìn)出料裝置等設(shè)計(jì)。數(shù)控編程和模型人員按照沖壓工藝過程圖和模具圖進(jìn)行數(shù)控編程和模型制造，最后按照沖壓工藝過程模具圖要求進(jìn)行機(jī)械加工和模具裝配調(diào)試，最終調(diào)試出合格的產(chǎn)品。
選用某轎車內(nèi)部地板零件產(chǎn)品圖，此零件是一個(gè)比較復(fù)雜的中小型車身結(jié)構(gòu)件。由于零件拉延深度深，并且具有局部反拉延，因此成形過程估計(jì)會(huì)出現(xiàn)問題，為了驗(yàn)證問題所在我們利用CAE軟件進(jìn)行模擬成形計(jì)算。對(duì)于復(fù)雜沖壓零件的成形過程，不但同一時(shí)刻不同位置的板坯所承受的變形方式和變形程度不同，而且不同時(shí)刻同一位置的板坯所承受的變形方式和變形程度也不同;另外，沖壓工藝邊界條件的設(shè)定對(duì)變形路徑和各部分的變形程度的影響也非常明顯。
一般劃分網(wǎng)格時(shí)，首先建立一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型。這一步驟是連接分離的型面，使你可以在網(wǎng)格劃分的時(shí)候得到連續(xù)的網(wǎng)格(兩個(gè)相連的元素在分界線之問共同享用相同的節(jié)點(diǎn))。系統(tǒng)能通過你所定義的公差自動(dòng)辨認(rèn)普通表面之問的分界線，以建立我們所說的拓?fù)淠Ｐ�。建立好拓�(fù)浣Y(jié)構(gòu)以后，應(yīng)定義網(wǎng)格劃分的參數(shù)，并進(jìn)行網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。一般情況下要求用戶最少確定四個(gè)參數(shù)，包括最小元素大小，最大元素大小，兩個(gè)相連的元素之問的法向夾角，網(wǎng)格的弦高。最小元素的大小影響著網(wǎng)格劃分中最小元素的尺寸。當(dāng)模型的型面比較平坦時(shí)它最大元素的大小則受最大元素參數(shù)的影響。兩個(gè)相連的元素之問的法向夾角所起的作用是規(guī)定了兩個(gè)相連元素之問的最大法向夾角，即當(dāng)兩個(gè)元素的夾角大于用戶給定的值時(shí)，這兩個(gè)元素會(huì)分裂為更多的元素，故它影響著倒角和小圓角部分的網(wǎng)格密度，它的值越小網(wǎng)格則越密。例如:一般我們?cè)趧澐帜＞呔W(wǎng)格時(shí)，它的拉延圓角最好有五行元素，這時(shí)調(diào)整法向夾角的參數(shù)就可以達(dá)到目的。弦高的大小則影響著大網(wǎng)格半徑表面上的網(wǎng)格密度，它的值越大，則網(wǎng)格越少。在汽車覆蓋件模擬中，板料數(shù)據(jù)一般都是曲線，因此板料的網(wǎng)格劃分與模具的劃分不一樣。
根據(jù)實(shí)際需要確定板料特性，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系=537(0.0102+)0.23MPa，法向各項(xiàng)異性系數(shù)為1.8。其他參數(shù)如下:揚(yáng)氏模量2.07E+5 MPa;屈服極限210 MPa;泊松比0.28;板材厚度0.8mm;板料質(zhì)量密度7.83E-9;r0=1.87, r45=1.27,r90=2.17。由于摩擦系數(shù)必須有實(shí)驗(yàn)得出，特別是幾種常用材料在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際摩擦系數(shù)�？紤]到汽車覆蓋件生產(chǎn)廠家和模具生產(chǎn)廠家的實(shí)際，一般不考慮使用潤滑油，在拉延前要使用清潔防銹油清理兼潤滑。因此我們必須通過試驗(yàn)來得出在幾種不同條件下的摩擦系數(shù)，例如干摩擦和加清潔防銹油后的摩擦。還有就是拉延筋的拉延阻力在不同形狀拉延筋情況下的取值。測(cè)定為此我們?cè)O(shè)計(jì)了覆蓋件模具的摩擦系數(shù)和實(shí)際拉延筋拉延阻力的測(cè)定的試驗(yàn)，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果在（未完，下一頁）
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