汽车覆盖件板成形的数值模拟技术及其在车身模具开发中的应用

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1、汽车覆盖件板成形的数值模拟技术及其在车身模具开发中的应用

2、第1...变形区(法兰部分):从应力分析看，径向受拉(径向应力σx>0)和切向受压(切向拉应力σy<O)，正向受压(正向拉应力σz<0)，若σz很小可近似认为正向压力σz为0，即呈平面应力状态;从应变分析看，可认为没有正向变形(正向压应变实际上也是远小于切向压应变),可看作平面应变状态，根据塑性变形的体积不变条件εz+εy+εx=0;由εz≌0,εz≌-εy即径向的拉伸变形几乎全部转变为材料的变厚，所以在变形区既要"开流"也要"限流"。传力区(侧壁部分):在拉伸过程中，径向和切向均受到拉应力的作用(

3、σz〉σy〉0)，产生径向和切向拉应变。从应力分析看，危险断面主要受径向应力σz和切向拉应力σy，可认为正向压力σz近似为0，即平面应力状态;从应变分析看，切向变形不大(在接近拉伸下死点时可认为切向应变εy近似为0)，可看作平面应变状态，根据塑性变形的体积不变条件εz+εy+εx=0;由εy≌O知εz≌-εx，即径向的拉伸变形几乎全部转变为材料的变薄，所以传力区径向容易失稳破裂，切向容易失稳皱折.成形时易出现的主要问题是:法兰角部在切向压应力下的起皱，它与凸模圆角、凹模圆角以及法兰角的平面圆角有关;凸模圆角rp处和凹模圆角rd处的裂破坏以及侧壁转角处的壁裂，直壁松弛(有的还

4、会现大波纹起伏状的成形缺陷)和直壁破裂。解决措施:①为解决角部开裂，可以降低压料力、使用σp，较小和σi较大的材料、增加料厚以减少材料的变薄量;②原则是"在圆角开流，直边限流"，若为开流可以增大圆角处的凹模圆角半径rd、加大间隙和润滑减少摩擦;若为限流则反之，增大摩擦的最直接措施就是增加拉伸筋。4成形模拟分析通过标准的ICES数据转换接口，将工具和坯料几何模型读人有限元分析系统中进行网格划分，对覆盖件成形模拟分析可用BT壳单元对几何模型进行离散，建立零件的有限元网格模型，如图4所示。并进而建立-个模具的有限元网格模型的装配，如图5所示o4.1材料性能参数材料力学性能试验采用

5、标距为80mm*20mm的试样，在电子拉伸试验机和成形试验机上进行试验，测得的材料性能参数如下。屈服强度σ1:147.9OMPa;抗拉强度吼σb:295.44MPa;均匀延伸率δ%:26.37;总延伸率δ%:45.06;强度系数k:540.55MPa;硬化指数n:O.256；O°、45°90°方向上的厚向异性指数r分别是:1.863、1.179、2.531.4.2前顶盖拉仰凸模的成形模拟和拉伸模的虚拟调试(1)第1阶段的模拟分析(在原始模面设计和造型的基础上，以调毛坯和成形参数为主)。通过调节压料力和摩擦系数等冲压成形工艺条件和参数，经过多次模拟分析直至得到此条件下的最佳拉

6、伸成形效果的板料毛坯和成形参数，结果如图6所示。可以看出:A区破裂，B区接近破裂，C区变形刚性不足。(2)第2阶段的模拟分析(目标是减少第一轮模拟分析的缺陷)。为消除A处、B处破裂:优化毛坯即减小毛坯，局部修模以利于材料流动。由于拉伸筋在增加进料阻力、防止起皱方面有着至关重要的作用，而且调整拉伸筋可以迅速调整进料阻力和进料量，所以为消除C处变形刚性不足，采取增加拉伸筋"限流"并采取其它综合措施以减少或消除法兰皱纹。图7所示为在模具下侧中部增加2/3总长和2/5总长的另2条拉伸筋，增加2条等效拉伸筋，减少摩擦、并对压料力和毛坯尺寸进行调整后模拟分析结果。5现场调试与结束语根据

7、上述拉伸成形模拟分析的结果，按照CAE意见对前顶盖凸模进行了修改，修改后的实际模拟分析结果如图8所示，并根据修改后的拉伸模的凸模数学模型对实物模具进行数控加工，模具实际制造装配后按CAE提供的冲压工艺参数进行首轮试冲的结果图9所示.从上述过程可以看出，采用有限元方法来分析伸成形的可能性，并进而在模具制造调试之前对凸模进行修改，是模具制造中一个非常重要的手段。但同时也认识到冲压成形和模具设计制造是一个十分复杂的系统过程，单对某一个工序及其凸模作出分析、判断和修改或完善还是不够的，还需对许多关键技术作进一步地研究和探索，如丰富的冲压工艺知识和模具调试经验，拉伸与后续成形工序之间

8、的关系、可能出现的成形问题及其对策等等，才能最终大大减少现场模具调试的工作量。