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1、汽車(chē)覆蓋件沖壓成形的多因素耦合數(shù)值模擬研究
2、第11引言汽車(chē)覆蓋件因?yàn)槠洫?dú)特的特點(diǎn)決定了汽車(chē)整車(chē)開(kāi)發(fā)周期，成形模具設(shè)計(jì)制造依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試模的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展的要求了。CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外汽車(chē)公司設(shè)計(jì)和制造新產(chǎn)品制勝的法寶，這一技術(shù)的采用，保守估計(jì)，可以使模具設(shè)計(jì)與制造周期縮短2/5，模具生產(chǎn)成本降低1/3，進(jìn)而大大降低整車(chē)成本，增強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力[1]。目前板材成形有限元仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)和鋼鐵工業(yè)等諸多領(lǐng)域，為模具設(shè)計(jì)、沖壓工藝的制定、沖壓零件的科學(xué)選材等起到了積極作用。本文采用顯式動(dòng)力有限元軟件DYNAFORM對(duì)汽車(chē)側(cè)圍外板進(jìn)行有
3、限元分析，對(duì)拉延筋幾何參數(shù)、坯料尺寸、沖壓工藝、材料參數(shù)（、值）等多種因素對(duì)成形的影響進(jìn)行了研究分析，為該零件確定了最佳的成形方案。采用ASAME應(yīng)變分析方法對(duì)實(shí)際零件進(jìn)行測(cè)試，與模擬結(jié)果進(jìn)行比較。2研究方法2.1三維幾何模型及有限元模型建立在復(fù)雜型面的板料沖壓仿真分析過(guò)程中，幾何模型建立的工作量占總的模擬過(guò)程工作量的很大比例，并且?guī)缀文Ｐ徒⒌馁|(zhì)量直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度。側(cè)圍外板零件尺寸較大，幾何型面非常復(fù)雜，多為復(fù)雜的空間自由曲面，無(wú)法用解析形式表述，只能用參數(shù)曲面來(lái)表示。eta／DYNAFORM的前處理功能根本不能滿(mǎn)足建模的需要，所以使用大型三維造型軟件UG進(jìn)行幾何模型的建立，
4、如圖1所示即為UG建立的幾何模型。在建立幾何模型時(shí)，要同時(shí)考慮沖壓方向，工藝補(bǔ)充面及壓料面的添加。當(dāng)精確的CAD模型建立之后，通過(guò)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口如IGES、VDA等，將曲面模型轉(zhuǎn)入eta/DYANFORM前處理器中進(jìn)行曲面網(wǎng)格的劃分，采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分法，將單元?jiǎng)澐譃樗倪呅尉W(wǎng)格。模具單元定義為剛性殼單元，模具間隙=1.1t0（t0為原始板厚），建立起來(lái)的有限元網(wǎng)格模型如圖2所示。凸模與板料的靜摩擦系數(shù)1=0.15，動(dòng)摩擦系數(shù)2=0.04。凸模和壓邊圈運(yùn)動(dòng)速度設(shè)為2000mm/s，凸模和壓邊圈同時(shí)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓邊圈接觸板料后，停止運(yùn)動(dòng)，并施加一定的壓邊力，
5、凸模繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至零件完全成形。在定義好模具各部分的運(yùn)動(dòng)和邊界條件后就可以調(diào)用計(jì)算模塊進(jìn)行分析計(jì)算。由于該零件是大型覆蓋件，零件的曲面形狀較復(fù)雜，各部位的沖壓深度不同，因此，可造成板料變形流動(dòng)不均勻。為了更好地控制板料流動(dòng)，使板料變形流動(dòng)均勻，在凹模上建立了等效拉延筋。分別設(shè)置了兩條拉延筋，即拉延筋A(yù)和拉延筋B，如圖3所示。采用梯形筋的方式輸入各參數(shù)，如圖4所示。1引言汽車(chē)覆蓋件因?yàn)槠洫?dú)特的特點(diǎn)決定了汽車(chē)整車(chē)開(kāi)發(fā)周期，成形模具設(shè)計(jì)制造依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試模的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展的要求了。CAD/CAE/CAM一體化系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外汽車(chē)公司設(shè)計(jì)和制造新產(chǎn)品制勝的法寶，這
6、一技術(shù)的采用，保守估計(jì)，可以使模具設(shè)計(jì)與制造周期縮短2/5，模具生產(chǎn)成本降低1/3，進(jìn)而大大降低整車(chē)成本，增強(qiáng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力[1]。目前板材成形有限元仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)和鋼鐵工業(yè)等諸多領(lǐng)域，為模具設(shè)計(jì)、沖壓工藝的制定、沖壓零件的科學(xué)選材等起到了積極作用。本文采用顯式動(dòng)力有限元軟件DYNAFORM對(duì)汽車(chē)側(cè)圍外板進(jìn)行有限元分析，對(duì)拉延筋幾何參數(shù)、坯料尺寸、沖壓工藝、材料參數(shù)（、值）等多種因素對(duì)成形的影響進(jìn)行了研究分析，為該零件確定了最佳的成形方案。采用ASAME應(yīng)變分析方法對(duì)實(shí)際零件進(jìn)行測(cè)試，與模擬結(jié)果進(jìn)行比較。2研究方法2.1三維幾何模型及有限元模型建立在復(fù)雜型面的板料沖壓仿真分析過(guò)程
7、中，幾何模型建立的工作量占總的模擬過(guò)程工作量的很大比例，并且?guī)缀文Ｐ徒⒌馁|(zhì)量直接影響模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度。側(cè)圍外板零件尺寸較大，幾何型面非常復(fù)雜，多為復(fù)雜的空間自由曲面，無(wú)法用解析形式表述，只能用參數(shù)曲面來(lái)表示。eta／DYNAFORM的前處理功能根本不能滿(mǎn)足建模的需要，所以使用大型三維造型軟件UG進(jìn)行幾何模型的建立，如圖1所示即為UG建立的幾何模型。在建立幾何模型時(shí)，要同時(shí)考慮沖壓方向，工藝補(bǔ)充面及壓料面的添加。當(dāng)精確的CAD模型建立之后，通過(guò)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口如IGES、VDA等，將曲面模型轉(zhuǎn)入eta/DYANFORM前處理器中進(jìn)行曲面網(wǎng)格的劃分，采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分法，將單元?jiǎng)澐譃樗?/p>
8、邊形網(wǎng)格。模具單元定義為剛性殼單元，模具間隙=1.1t0（t0為原始板厚），建立起來(lái)的有限元網(wǎng)格模型如圖2所示。凸模與板料的靜摩擦系數(shù)1=0.15，動(dòng)摩擦系數(shù)2=0.04。凸模和壓邊圈運(yùn)動(dòng)速度設(shè)為2000mm/s，凸模和壓邊圈同時(shí)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓邊圈接觸板料后，停止運(yùn)動(dòng)，并施加一定的壓邊力，凸模繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至零件完全成形。在定義好模具各部分的運(yùn)動(dòng)和邊界條件后就可以調(diào)用計(jì)算模塊進(jìn)行分析計(jì)算。由于該零件是大型覆蓋件，零件的
