車門內(nèi)板拉深成形分析

汽車覆蓋件生產(chǎn)的基本要求是板材在沖壓成形過程中,具有良好的抵抗出現(xiàn)頸縮、起皺、破裂、回彈等缺陷的能力,其成形質(zhì)量的好壞直接影響到整車的裝配與外觀效果。汽車覆蓋件的沖壓成形過程是一個(gè)涉及幾何非線性、接觸非線性和材料非線性的塑性變形過程,其影響因素較多,較難控制。隨著 CAE技術(shù)的發(fā)展,有限元分析被應(yīng)用到汽車覆蓋件 的沖壓成形研究中,在分析成形缺陷、優(yōu)化工藝參數(shù)、指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)等方面發(fā)揮著重要作用。轎車車門內(nèi)板由于其形狀復(fù)雜,拉深深度大,成形較困難,對材料的要求也較高。

1 轎車車門內(nèi)板成形特點(diǎn)分析

車門內(nèi)板位于轎車車身側(cè)面,雖然不屬承力部 件,但要求具有一定的強(qiáng)度和剛度及較好的外觀。某轎車車門內(nèi)板零件如圖1所示。該門內(nèi)板零件分左右兩件,且左右對稱,為易于拉深成形和提高生產(chǎn)效率,

生產(chǎn)的時(shí)候采用一模兩件的方式,其布局方式如圖2所示。其成形工藝特 點(diǎn)如下所述。

1) 拉深成形深度大,零件截面變化非常復(fù)雜。零件深度接近150mm,整個(gè)零件的臺階有3層,側(cè) 面和底部還有一些不規(guī)則的局部凸臺。

2) 零件厚度薄,厚度為0.65mm,圓角半徑小, 局部存在較復(fù)雜的起伏面?；谝陨铣尚翁攸c(diǎn),該車門內(nèi)板的模具設(shè)計(jì)和 工藝設(shè)計(jì)都存在較大困難,在實(shí)際生產(chǎn)過程中采用 二次拉深成形。現(xiàn)在需要用一次拉深成形工藝來替代二次拉深工藝,這也使得零件在成形質(zhì)量控制上更加困難。

2 有限元模型建立

由于 PAM-STAMP軟件在有限元模型的建立 上要求的精度高,對模擬結(jié)果采用 PAM-STAMP 軟件的 DIEMAKER功能,進(jìn)行沖壓方向的優(yōu)化與設(shè)定,并設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面與壓邊面,最終建立了車門內(nèi)板的拉深成形三維有限元模型如圖3所示。

根據(jù)一模兩件方案的零件布局,已經(jīng)結(jié)合所設(shè)計(jì)的工藝補(bǔ)充面,反算后得到初始板料形狀如圖4 所示。

模擬材料選用厚度為0.65mm 的 DC05,該材 料為特深沖級無間隙原子鋼,具有優(yōu)異的深沖性能, 主要用于生產(chǎn)汽車覆蓋件。其試驗(yàn)測得的材料參數(shù) 見表1。其中 K 為應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù);E 為彈性模量; Rp0.2/ReL為屈服強(qiáng)度;Rm 為抗拉強(qiáng)度;A 為延伸率; n與r 值分別為應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)與塑性應(yīng)變比。編號 DC05灢90曘,DC05灢0曘 和 DC05灢45曘分 別 代 表 材 料 橫 向、縱向及45曘方向的試樣。

該分析過程中,將該試驗(yàn)材料測得的真實(shí)應(yīng)變與應(yīng)力對應(yīng)表輸入材料定義中,以獲取材料的拉伸曲線。

3 模擬結(jié)果分析

該分析方案中初步采用的沖壓工藝參數(shù):摩擦 因 子 為 0.12,壓 邊 力 為 700 kN。利 用 PAM灢 STAMP軟件進(jìn)行計(jì)算,所得結(jié)果如圖5所示。

從模擬結(jié)果來看,零件有 A,B2處存在拉裂的危險(xiǎn),而在一模兩件的生產(chǎn)工藝中,A 和B2處是對稱的。該處存在拉裂危險(xiǎn)的主要原因是零件形狀在此處型面起伏較大,容易發(fā)生起皺。實(shí)際生產(chǎn)中,模 具在此處應(yīng)考慮合理布置拉延筋。成形 極限圖 FLD(如圖6所示)也反應(yīng)了這些單元的拉裂危險(xiǎn),

FLD的橫坐標(biāo)代表單元的次應(yīng)變,縱坐標(biāo)代表單元 的主應(yīng)變,而在斷裂臨界限上方的點(diǎn)表示這些單元 存在拉裂危險(xiǎn),而下方的點(diǎn)對應(yīng)的單元可以認(rèn)為安 全。從模擬分析的結(jié)果來看,毛坯的形狀可以稍微作些調(diào)整,使邊部余料盡量均勻。由于很多部位有嚴(yán)重的起皺趨勢,因此應(yīng)該考慮設(shè)置拉延筋,同時(shí)提高壓邊力,但是,在壓邊力變大以后,零件的中部會有明顯拉裂的趨勢。由于該零件是一模兩件,中間部位不影響產(chǎn)品 質(zhì)量,因此,考慮在中間部位通過刺破刀的方式,使該處在成形的過程中釋放應(yīng)力,保證左右兩件產(chǎn)品 的沖壓質(zhì)量。

一般而言,在拉延成形過程中總有內(nèi)部拉深破裂的情況,一種方式是改變內(nèi)部的形狀如 圓角半徑等,減少成形量,后序增加整形工序;或者 在內(nèi)部廢料處應(yīng)用刺破刀,即在材料開始頸縮前將 材料刺破,減少材料流動(dòng)阻力。刺破時(shí)機(jī)把握有要 求,因?yàn)檫^早刺破會導(dǎo)致起皺,或?qū)е伦冃尾怀浞钟?響成形效果,過晚刺破則無意義。該零件拉深成形過程中開裂最早發(fā)生在模具閉合前3~4mm,結(jié)合 成形過程中的厚度減薄量,確定在模具閉合前 7 mm 時(shí)對零件進(jìn)行刺破。

考慮到摩擦因子的設(shè)定與現(xiàn)場生產(chǎn)摩擦條件相符,因此,這里對摩擦因子沒有進(jìn)行調(diào)整。最終,經(jīng)過調(diào)整坯料大小、工藝參數(shù),設(shè)置拉延筋、刺破刀等方式,利用 DC05材料模擬出質(zhì)量比較 好的產(chǎn)品,如圖7所示。該模擬過程在 AutoForm

軟件中實(shí)現(xiàn),工藝參數(shù):摩擦因子為0.12,壓邊力為 1200kN。AutoForm 中提供刺破功能非常簡便, 無需進(jìn)行特殊的建模,只要畫出刺破刃口線即可。從整個(gè)產(chǎn)品成形質(zhì)量來看,起皺的地方均在工藝補(bǔ)充面上,產(chǎn)品起皺缺陷比較少,而且也沒有拉裂缺陷,FLD圖中顯示的斷裂單元為中間刺破刀部位的單 元,總體來看,結(jié)果比較理想。

4 結(jié)語

車門內(nèi)板由于曲面形狀復(fù)雜,拉深深度大,在實(shí)際生產(chǎn)中成形有一定的難度。通過有限元模擬的方法對其生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析,包括毛坯大小確定與沖壓工藝參數(shù)的選擇,能夠節(jié)省沖壓試驗(yàn)成本,為實(shí)際生產(chǎn)起到良好的指導(dǎo)作用。模擬結(jié)果 表明,對于用戶指定的材料,經(jīng)過一次拉深,采用合適的模具與工藝參 數(shù),能夠生 產(chǎn)出質(zhì)量合格的車門內(nèi)板零件。