基于AutoForm的汽车门后背板数值模拟与成形仿真.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()基于A u t o F o r m的汽车门后背板数值模拟与成形仿真梁科(河南理工大学 工商管理学院,河南焦作 )摘要:基于A u t o F o r m软件对某车型的车门后背板进行了数值模拟以及成形仿真研究.针对冲压成形过程中产生的多孔裂纹和边角起皱、表面凹凸不平问题进行了技术研究,并根据数值模拟结果,及时预测了易因变薄造成拉裂等技术问题的区域,并制定了冲压技术措施,从而提高了整套模具的使用率,大大减少了后期修模及操作的时间,使修模变得更为简单.关键词:A u t o F o r m;车门后背板;数值模拟;成形仿真中图分类号:T P 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:梁科(),男,河南安阳人,硕士,研究方向:质量与安全管理.引言随着汽车制造业的蓬勃发展,新型汽车冲压成形装置的研制及其对冲压过程的电脑建模与仿真获得了飞快的发展,但是由于汽车覆盖件的造型复杂性,在制造过程中很多工艺参数和模具参数都还没有进行定量化设计.在汽车覆盖件冲压成形过程中常出现的起皱、塌陷、裂纹和局部隆起等现象,造成覆盖件出现较大的造型偏差,或者形成废品,.因为汽车覆盖件本身的结构特点及冲压成形的特点,无法以单一的数据来表示成形难度,而利用数值模拟,可得到材料的塑性变形和塑性传递情况及在冲压成形过程中发现容易出现裂纹或起皱位置信息.A u t o F o r m是一种材料成形仿真研究软件,主要通过有限元法对金属材料冲压加工成形的全过程进行仿真研究,其不仅能够完成从产品概念设计到模具设计全过程的模拟仿真,且可预判可能存在的失效行为,.本文以某汽车门后背板为研究对象,运用S o l i d W o r k s软件绘制三维模型,然后在A u t o F o r m软件中模拟其生产制造过程.三维建模与模型导入本文通过S o l i d W o r k s 软件绘制汽车门后背板三维模型,如图所示.该模型为深拉深成形件,曲面复杂,孔洞较多,且直径大小不一,局部有较多凸起.将该实体模型保存为i g s格式后,打开A u t o F o r m选择 零 件 导 入,将 该 实 体 模 型 导 入 其 中.由 于A u t o F o r m只能对片体模型进行模拟分析,因此打开E x t r a c t命令选择提取方向后将实体模型抽取为片状模型.门后背板材质为B U S D_ ,厚度为 mm.B U S D属于高强度汽车冷轧钢板,其冲压后成形好,机械性能优越,广泛应用于汽车冲压件的制造,具有屈服强度低、抗拉强度高、伸长率较大的特点.工艺分析与工艺规划该车门后背板材料B U S D的屈服强度 MP a,抗拉强度Rm MP a,应变硬化指数n .图某车门后背板三维模型利用A u t o F o r m中的成形检测功能计算分析零件的毛坯外形和尺寸,得到毛坯的轮廓线图,如图所示.板料类型为梯形,重量为 k g,尺寸约为 mm mm,正冲孔数量为 个,侧冲孔数量为 个,送料方向为从左向右,冲压方向为Z轴方向.车门背板的加工工艺过程为:拉延(D )修边正冲孔(T )修边侧冲孔(T )翻边整形(F ),由道工序组成,如图所示.图车门后背板板料尺寸拉延是车门后背板冲压过程的重要操作,在拉延之前需要设置两个定位基准孔,用来确定零件形状和位置.而拉延筋的设计在拉延工作中十分关键,通过拉延筋设计能够在很大程度上掌握变形部位材料的应变程度和变形范围,从而避免了断裂、起皱等冲压过程中质量问题的出现.因此,首先拉延筋应过渡均匀,增加径向拉应力,降低切向拉应力;其次拉制筋应尽可能贴近已成形部件,以有利于对板料运动的影响,拉延筋系数设置如图所示.图车门后背板工艺规划图拉延筋系数设置该板件属于大型拉深件,其造型比较复杂,所以应尽量使所有的表面形状都能被一次拉深成形.根据材料的流动性对压料面进行分割,依次得到凹模、压边圈和凸模,如图所示.凹模和压料板的间隙取 mm,压边圈行程取 mm,润滑系数取 .图拉延模具的初始位置拉延工序与整形工序由于该车门后背板形状复杂,成形过程中的板料变形也很复杂.为了使板料在拉延过程中能与凹模贴合,要求板料流动速度稳定,流动速度过快或过慢都会导致制件开裂和起皱等质量缺陷.设置加载压力为 k N,摩擦因数为 ,进行拉延过程仿真,如图所示.在成形初期,由于成形深度较大,压料面压紧后,板料开始接触棱线,板料需要产生较大的塑性变形.成形过程中,板料随着时间不断被拉深,在板料表面产生带状滑移痕迹,在凸模圆角处容易产生破裂.为了避免上述质量问题出现,通过对拉延筋以及压边面与压边力的调整,使板料受到的径向拉深力减小,控制材料的流动,使得进料尽量均匀,避免开裂的产生.图拉延过程整形过程就是对前期拉延不到位的位置或有精度要求的局部形状进行处理,需要上压料芯与下托料芯闭合,直至模具闭合镦底为止,从而保证整形的效果.如图所示,在整形初期,上、下压料板压紧板料后对上压料芯施加压力,凹模镶块向下运动并不断压紧板料.随着压料板行程的不断深入,压料板的下压力也不断增加,直至整形到底.整形结束后门后背板的型面为最终产品形状,此处侧冲孔和正冲孔满足尺寸要求,局部形状满足精度要求.图整形过程试验结果拉延成形一般分为单动拉延和双动拉延两种形式,本次仅对单动拉延进行模拟.拉延工艺的重点是控制材料的流动与塑性变形,避免起皱和破裂等现象发生.拉延成形极限图如图所示,表示板材在不同的应力状态下的变形极限.成形极限图直观地反映了零件冲压后材料的变形与减薄情况,能够很好地预测材料的开裂风险.图拉延成形极限图根据图测得的数据显示,成形结果中 处于安全区域,板料的成形质量整体良好,无开裂风险,表明板料流动平稳,拉深过程充分.虽然有部分区域发生拉深不足而产生压应力,但主要是在翻边时圆角内侧受挤压应力而形成,因此对零件质量没有很大影响.对汽车门后背板减薄率进行仿真分析,结果如图所示.图所示区域内减薄明显,最小减薄率为 ,最大减薄率达 ,在板料减薄率的允许范围()之内.机 械 工 程 与 自 动 化 年第期对汽车门后背板最大失效进行分析,最大失效率为 ,在板料最大失效的允许范围()之内,不会出现冲压开裂情况,如图 所示.仿真分析结果显示汽车门后背板未发生开裂和起皱问题.图汽车门后背板拉延减薄率图 汽车门后背板拉延最大失效结论本文通过A u t o F o r m软件对汽车门后背板进行成形仿真和数值模拟,经过C A E分析,满足成形性要求,获得的零件无起皱、开裂等缺陷,材料利用率为 .参考文献:吴光辉基于A u t o F o r m的汽车后门外板拉延分析与工艺参数优化J锻压技术,():王耿汽车顶盖成形工艺设计分析J汽车工艺师,():李福禄,田福祥汽车覆盖件质量缺陷的检测及控制J电加工与模具,(增刊):许晶,刘宁,周亮基于A u t o f o r m软件对汽车后背门外板工艺分析及优化J锻压技术,():尤彬波,杨建,谢国文,等前车门外板工艺分析及工序数量优化方法J锻压技术,():朱超,王雷刚,黄瑶基于C A E和灰色关联的汽车前门外板冲压成形工艺参数多目标优化J锻压技术,():,刘驰汽车车门外板冲压工艺及拉深模设计J模具工业,():何磊翼子板冲压工艺设计及成形分析J锻压技术,():赵博宁基于D y n a f o r m软件的汽车消声器连结法兰盘毛坯尺寸的计算J装备制造技术,():杨兵,陈新平,魏晓萍,等材料与工艺参数对侧围外板冲压成形的影响J锻压技术,():光凯惠,姚运飞,吴田莉,等钢板电磁感应加热辅助渐进成形极限研究J塑性工程学报,():N u m e r i c a l S i m u l a t i o na n dF o r m i n gS i m u l a t i o no fA u t o m o b i l eD o o rB a c kP a n e lB a s e do nA u t o F o r mL I A N GK e(S c h o o l o fB u s i n e s sA d m i n i s t r a t i o n,H e n a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,J i a o z u o ,C h i n a)A b s t r a c t:T h en u m e r i c a ls i m u l a t i o na n df o r m i n gs i m u l a t i o no ft h eb a c kp a n e lo fa na u t o m o b i l ed o o ra r ec a r r i e do u tb a s e do nA u t o F o r ms o f t w a r e A i m i n ga t t h ep r o b l e m so f p o r o u s c r a c k s,e d g ew r i n k l i n ga n du n e v e ns u r f a c ep r o d u c e d i n t h e s t a m p i n gp r o c e s s,t h e t e c h n i c a l r e s e a r c hw a sc a r r i e do u t A c c o r d i n gt ot h ec o n c l u s i o no fn u m e r i c a l s i m u l a t i o n,t h et e c h n i c a lp r o b l e m ss u c ha st e n s i o nc r a c kc a u s e db y t h i n n i n ga r ep r e d i c t e d i n t i m e,a n d t h e s t a m p i n g t e c h n i c a lm e a s u r e s a r ew o r k e do u t T h eu t i l i z a t i o nr a t eo f t h ew h o l em o d e l i s i m p r o v e d,t h e t i m eo f l a t e rm o l dr e p a i ra n do p e r a t i o n i sg r e a t l yr e d u c e d,a n dt h em o l dr e p a i rb e c o m e sm o r es i m p l e K e y w o r d s:A u t o F o r m;a u t o m o b i l ed o o rb a c kp l a t e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;f o r m i n gs i m u l a t i o n(上接第 页)陷;从需求角度对防雨罩固定方式进行改进设计,验证了方案合理性;并使用S o l i d W o r k s进行三维结构模型的绘制.()介绍了有限元分析的基本流程,通过使用AN S Y S软件对结构关键零部件进行静力学分析,根据求解结果得出钢轧带与U型卡扣接触边缘为应力集中关键部位.根据分析结果推断钢轧带应力集中部位易发生失效与腐蚀,建议做好防腐蚀措施.参考文献:谢育鹏防雨罩在变压器各主要辅助设备中的作用J电气时代,():石高扬,谢强在运变电站电流互感器隔震改造仿真及应用研究J高压电器,():郝文魁,杨丙坤,陈云,等变电站电流互感器铝合金法兰腐蚀失效分析J腐蚀科学与防护技术,():张本帅,王芬芳,王博,等 k VS F_电流互感器的AN S Y S有限元软件仿真分析J通信电源技术,():李明,徐春杰,钱和平,等一种便于安装拆卸的防雨罩:中国,AP 陈仪一款新型端子箱防雨罩的研制J机电信息,():F i n i t eE l e m e n tA n a l y s i so f I m p r o v e dS t r u c t u r eo fC u r r e n tT r a n s f o r m e rR a i nS h i e l dB a s e do nA N S Y SMAR u i,L I UG a n g,L I UN i n g b o,L I UX i a n g,WA N GJ i n f e n g(S h i z u i s h a nP o w e rS u p p l yC o m p a n y,S t a t eG r i dN i n g x i aE l e c t r i cP o w e rC o,L t d,S h i z u i s h a n ,C h i n a;B a o d i n gK e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dD e s i g na n dS m a r tM a n u f a c t u r i n g,B a o d i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:C u r r e n t t r a n s f o r m e r(C T)i s t h ek e ye q u i p m e n to f s u b s t a t i o n,a n d i t s r e l i a b i l i t yw i l l d i r e c t l ya f f e c t t h es a f e t ya n ds t a b i l i t yo f s u b s t a t i o n T h er a i ns h i e l do f c u r r e n t t r a n s f o r m e rp l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i np r o t e c t i o n A t p r e s e n t,t h e r a i nc o v e r i sm o s t l y f i x e db yb o l t s,w h i c hi sv u l n e r a b l et oe n v i r o n m e n t a lc o r r o s i o ni nl o n g t e r m s e r v i c e,w h i c hb r i n g si n c o n v e n i e n c et od i s a s s e m b l ya n dm a i n t e n a n c e T h e f i x e ds c h e m eo f r a i nc o v e r i s i m p r o v e df r o mt h ep o i n to fv i e wo fd e m a n d,a n dt h et h r e e d i m e n s i o n a l s t r u c t u r eo ft h e i m p r o v e ds c h e m e i sm o d e l e db yS o l i d W o r k ss o f t w a r e T h r o u g ht h ef i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o no f t h ek e yp a r t sb yu s i n gAN S Y Ss o f t w a r e,t h ew e a kp a r t so f t h e i m p r o v e ds c h e m ea r ea n a l y z e da n df u r t h e r i m p r o v e d K e y w o r d s:r a i ns h i e l d;AN S Y S;f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s;c u r r e n t t r a n s f o r m e r 年第期 机 械 工 程 与 自 动 化