車門內板成形特點分析

汽車覆蓋件生產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技術的發(fā)展,有限元分析被應用到汽車覆蓋件 的沖壓成形研究中,在分析成形缺陷、優(yōu)化工藝參數(shù)、指導實際生產等方面發(fā)揮著重要作用。轎車車門內板由于其形狀復雜,拉深深度大,成形較困難,對材料的要求也較高。

1 轎車車門內板成形特點分析

車門內板位于轎車車身側面,雖然不屬承力部 件,但要求具有一定的強度和剛度及較好的外觀。某轎車車門內板零件如圖1所示。該門內板零件分左右兩件,且左右對稱,為易于拉深成形和提高生產效率,生產的時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 點如下所述。

1)拉深成形深度大,零件截面變化非常復雜。零件深度接近150mm,整個零件的臺階有3層,側 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, 局部存在較復雜的起伏面?；谝陨铣尚翁攸c,該車門內板的模具設計和 工藝設計都存在較大困難,在實際生產過程中采用 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,對模擬結果采用 PAM-STAMP 軟件的 DIEMAKER功能,進行沖壓方向的優(yōu)化與設定,并設計工藝補充面與壓邊面,最終建立了車門內板的拉深成形三維有限元模型如圖3所示。

根據一模兩件方案的零件布局,已經結合所設計的工藝補充面,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, 主要用于生產汽車覆蓋件。其試驗測得的材料參數(shù) 見表1。其中 K 為應變強化系數(shù);E 為彈性模量; Rp0.2/ReL為屈服強度;Rm 為抗拉強度;A 為延伸率; n與r 值分別為應變強化指數(shù)與塑性應變比。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,將該試驗材料測得的真實應變與應力對應表輸入材料定義中,以獲取材料的拉伸曲線。

3 模擬結果分析

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軟件進行計算,所得結果如圖5所示。

從模擬結果來看,零件有 A,B2處存在拉裂的危險,而在一模兩件的生產工藝中,A 和B2處是對稱的。該處存在拉裂危險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。實際生產中,模 具在此處應考慮合理布置拉延筋。成形 極限圖 FLD(如圖6所示)也反應了這些單元的拉裂危險,FLD的橫坐標代表單元的次應變,縱坐標代表單元 的主應變,而在斷裂臨界限上方的點表示這些單元 存在拉裂危險,而下方的點對應的單元可以認為安 全。從模擬分析的結果來看,毛坯的形狀可以稍微作些調整,使邊部余料盡量均勻。由于很多部位有嚴重的起皺趨勢,因此應該考慮設置拉延筋,同時提高壓邊力,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,中間部位不影響產品 質量,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力,保證左右兩件產品 的沖壓質量。

一般而言,在拉延成形過程中總有內部拉深破裂的情況,一種方式是改變內部的形狀如 圓角半徑等,減少成形量,后序增加整形工序;或者 在內部廢料處應用刺破刀,即在材料開始頸縮前將 材料刺破,減少材料流動阻力。刺破時機把握有要 求,因為過早刺破會導致起皺,或導致變形不充分影 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,結合 成形過程中的厚度減薄量,確定在模具閉合前 7 mm 時對零件進行刺破。

考慮到摩擦因子的設定與現(xiàn)場生產摩擦條件相符,因此,這里對摩擦因子沒有進行調整。最終,經過調整坯料大小、工藝參數(shù),設置拉延筋、刺破刀等方式,利用 DC05材料模擬出質量比較 好的產品,如圖7所示。該模擬過程在 AutoForm軟件中實現(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, 無需進行特殊的建模,只要畫出刺破刃口線即可。從整個產品成形質量來看,起皺的地方均在工藝補充面上,產品起皺缺陷比較少,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,結果比較理想。

4 結語

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