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1、保险杠内板成形回弹模拟分析及工艺控制文章编号:1672—0121(2005)04—0057-03保险杠内板成形回弹模拟分析及-1"艺控制薛松.周杰,罗征志,阳德森(重庆大学机械工程学院,重庆400044)摘要:高强度钢板成形时,回弹是成形中的主要缺陷之一,控制回弹首先要对回弹量进行准确预测.本文采用有限元分析软件DANAFoRM,对汽车前保险杠内板成形过程中的回弹进行了数值模拟仿真,并对模拟结果进行了分析.然后根据模拟结果对模具型面进行了调整,并应用于模具实际制造中,最终生产出了合格的产品.关键词:机械制造
2、;成形冲压;回弹模拟;汽车前保险杠中图分类号:TGTG386.3+5文献标识码:B1育订言在板料成形领域,回弹一直是影响工件成形精度的重要问题,特别在弯曲和浅拉深过程中,回弹现象更为严重.由于回弹的存在,卸载后零件的形状尺寸与模具表面形状尺寸不能完全符合,零件尺寸精度达不到设计要求.为补偿回弹引起的零件形状尺寸的改变,通常采用调整模具形状和尺寸的方法,而模具形状尺寸的调整量需要准确地预测.因此,准确x,-J-板料成形回弹进行预测和控制,已成为板料成形模拟中的热点和前沿问题【l1,每3年一次的板料成形数值模拟
3、国际会议(NUMISHEET),把回弹研究放在非常重要的位置.当回弹量超过允许容差后,就成为成形缺陷,影响零件的几何精度.因此,回弹一直是影响,制约模具和产品质量的重要因素.随着汽车工业和航空航天工业的发展,对薄板壳类零件成形精度的要求越来越高,特别是近年来由于高强度薄钢板和铝合金板材的大量使用,回弹问题更为突出,成为汽车和飞机等工业领域关注的热点问题.目前,回弹计算功能及回弹模拟精度,已成为衡量板料成形有限元模拟软件技术水平的重要标志之一.本文旨在通过对高强钢板零件汽车前保险杠内板成形回弹模拟分析,探寻产
4、品成形后的回弹规律和趋势,用于指导生产.2回弹数值模拟理论收稿日期:2005—04—25作者简介:薛松(1974一),男,讲师,硕士在读,从事模具CAD/CAM研究回弹是在成形过程完成后产生的,回弹模拟的准确性受成形过程模拟结果准确性的影响;另外,回弹是小变形过程,卸载遵循线弹性规则,但并不是说在回弹过程中工件的每一点都同时处于卸载状态,局部加载的情况是可能存在的.用板料成形专业模拟软件DYNAFoRM分析回弹变形,所用的计算方法是混合法,即以动态显式算法模拟成形过程,以静态隐式算法计算回弹.2.1动态显式
5、算法动态显式积分算法通常采用基于动力学的时间中心差分格式,有限元方程显式化,避免了准静态隐式积分算法中所需的迭代计算.有限元离散方程[31:Mnm//=一只(1)式中:——外力向量;R——相关单元应变引起的内力向量:——加速度向量.2.2静态隐式算法由于回弹过程中卸载是占主导地位的,因此,变形是弹性占优势,这一特点使得隐式算法容易收敛.因此,用静态隐式算法模拟回弹问题是可靠的.1△u1=F一F(2)式中:KI——n+l时刻的刚度矩阵;△uI——肘l时刻的位移增量;F.一模具在冲压最后一步中施加的力;FL内部
6、节点力.3成形及回弹过程模拟分析汽车前保险杠内板(图1)是汽车前保险杠总成中的一个重要零件,呈弧形覆盖在保险杠承载支架上,起着吸收冲击能量和加强整个总成强度的作用.由于内板采用的是高强钢(=410MPa-560MPa),成形时的变形量又不是很大,预期成形后会发生较大的回弹.加之该制件尺寸又较大(长lO12mm,宽140mm).因而变形后的回弹会更为显着.汽车前保险杠内板总装时要和支架组焊在一起,如果回弹太大,则将直接影响到汽车前保险杠总成的装配.即使采用强装焊,也必将存在着很大的焊接应力,在受到外载冲击作用
7、下,保险杠总成会有开裂甚至解体的危险.图1前保险杠内板模型3.1成形IF_艺分析汽车前保险杠内板的成形IF_艺,经分析设计了两套方案:一是落料一成形一冲孔;二是成形一切边,冲孔.在综合考虑了该零件的成形可行性和模具设计制造经济性后,最终选择了第二套成形IF_艺方案.3.2成形回弹模拟分析在前保险杠内板的成形过程中,回弹是影响成形质量的一个关键因素.因此,准确地预测回弹量的大小,以便在模具设计和制造上采取必要的补偿措施,尽量使产品与其数模相吻合有着重要意义.借助有限元数值模拟技术,可以对回弹量进行比较准确的预
8、澳.3.2.1模拟参数汽车前保险杠内板用SPCHP590R钢板,其性能参数见表1.表1材料性能参数表厚度/mm1.0泊松比0.28厚向各向异性系数r1.097屈服强度17"~TdPa410.8硬化指数n0.15l9硬化系数K/MPa943.oo29内板成形过程模拟中,建立了模拟模型.模型参卜—一'58数有虚拟冲压速度5m/s,板坯平均网格尺寸5mm,采用自适应网格.成形模型边界条件采用库仑摩擦模型,即:.一丁,r
