冲压CAE分析技术在外板设计中的应用

文章编号:1001-4934(2010)02-0048-03

DieandMouldTechnologyNo.22010

冲压CAE分析技术在外板设计中的应用

吕淑艳,孙朝晖,王永飞

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(1.包头职业技术学院　材料工程系,内蒙古　包头　014030;

2.包头北奔重型汽车有限公司,内蒙古　包头　014032)

摘　要:介绍了冲压CAE分析技术,并以外板说明冲压CAE分析技术在零件设计中

的应用。对冲压成形过程进行模拟分析,尽早发现成形缺陷,从而缩短了模具制造周期,提高了模具质量。

关键词:冲压;CAE;设计;优化;应用中图分类号:TP391.7　　　　　　文献标识码:B

Abstract:ThestampingCAEanalysistechnologywasintroduced,anditsapplicationinpartsdesigningwasillustratedbytakingtheoutsideplateasanexample.Throughsimulatingthestampingprocess,theformingdefectscouldbeearlydetectedsoastoshortenthemanufac-turingcycleandimprovethequalityofthedie.

Keywords:punching;CAE;design;optimization;application

0　引言

CAE是采用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的1种近似数值分析方法。目前在世界上主流的冲压CAE软件[1-3]主要有:ESI公司的PAM-STAMP、ETA公司的DYNAFORM和AUTOFORM公司的AUTOFORM。这3款软件各有特色,本文采用的是操作性及易用性较好的PAM-STAMP软件。

与其他零件多处有搭接关系,因此对零件法兰部分的精度要求较高,不允许存在翻边起皱现象,否则影响零件间搭接。

图1　外板三维零件图

经过工艺分析,外板左右完全对称,所以模具采用一模二件的拉深方式。零件的工艺流程为:拉深―修边、冲孔―修边、剖切、冲孔、整形―翻边、整形。外板拉深工艺图见图2。

1　零件工艺分析

外板是汽车覆盖件中的重要零件(见图1),

收稿日期:2009-07-06

作者简介:吕淑艳(1976-),女,讲师。图2　外板拉深工艺图模具技术2010.No.249

2　各参数设定及有限元模型

2.1　材料

板料为DC06普通材料,屈服函数[4]为:

-22r2r+1222

σσσ2σx+y-xσy+xy=σr+1r+1-式中:σ———沿轧制方向的等效应力

3.1　初始分析

通过CAE分析,调整材料、板料形状、拉深筋力等工艺参数后得到如下分析结果。经分析零件上各处都不会破裂。但由图4

可以看出,外板在翻边成形过程中A、B、C三处均存在翻边起皱缺陷。A、B两处翻边处于零件的转角或过渡位置,翻边模与翻边面无法同时接触,造成翻边起皱。可将起皱位置的翻边高度局部降低,由20mm改为10mm,从而避免翻边起皱,如图5(a)和(b)所示。C处起皱位置处于零件直边部分,但是此处零件翻边高度太高(平均翻边高度32mm)。针对C处翻边起皱问题,对C处翻边位置的拉深工艺进行了补充优化,将图5(c)中线框所示位置的拉深深度增加,降低翻边高度。

(1)

x———板材的轧制方向y———垂直于板材的轧制方向

r———板材的厚向异性系数

n———应变强化指数板料厚度为1.5mm,材料参数为n=0.22,r=2.0,σ140MPa,σ250MPa。s=b=2.2　其他参数

毛坯与模具间摩擦因数取0.12;压边速度v1=2000mm/s;成形速度v2=5000mm/s;单元类型:BT单元;厚向积分点个数:5;初始网格最小尺寸:12mm;模具间隙:1.05t(t为板料厚度)。2.3　有限元模型

由于该零件一模二件,为了节省计算时间,只对1/2有限元网格进行分析。有限元模型如图3所示,模具采用倒装式结构,模型中凸模、凹模、压边圈选为刚性材料。分析中网格进行自适应划分,为减少计算时间,拉深筋简化为等效模型。板料采用等向指数强化模型,应力应变关系数学表达式[4]为:

n

σK(εεy=yp+p)

3.2　优化分析

保持所有工艺参数不变,按上述更改方案修改零件数学模型后重新进行了CAE分析(见

图6和7)。

由图6可以看出,D、E两处的变薄量分别为22%和25%,均小于DC06材料的破裂判断标准(变薄量不大于25%)。说明此零件不破裂。由图7可以看出,A、B、C三处翻边起皱已解决。

(2)

式中:n———硬化指数

K———材料常数,K>0

图3　外板模具及毛坯的有限元模型

3　CAE分析

图4　初始分析外板局部翻边过程示意图

50DieandMouldTechnologyNo.22010

图7　优化分析外板局部翻边过程示意图

局部结构,不但不会引起设计及制造成本的增加,反而缩短了模具制造周期,提高了模具质

量。上述模拟结果经实际生产验证,零件质量非常好,说明该零件的材料、结构等均满足要求。

参考文献:

[1]罗亚军,杨曦,何丹农,等.板料成形中的有限元

数值模拟技术[J].金属成形工艺.2000,18(6):1-3.

4　结论

通过对外板的CAE分析,修改了原产品

[2]钟志华,李光耀.薄板冲压成型过程的计算机仿

真与应用[M].北京:机械工业出版社,1998.[3]林忠钦,李淑慧,于忠奇.车身覆盖件冲压成形仿

真[M].北京:机械工业出版社,2005.

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