汽车连接件成形工艺分析与模拟

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汽车连接件成形工艺分析与模拟
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摘要：用功妇软件模拟了汽车连接件的成形过程，分析了制件的厚度分布和制件可能产生开裂的部位，根据分析结果提出了成形工艺改进方案，以最少的试模次数，得出了最优的设计结果，节省了模具开发成本和试模时间。对同类制件的生产有参考价值。 / E. ~( i9 G; T  L. P关键词：汽车连接件；板料成形；数值模拟；工艺分析 1引言 . D" W; A# W1 ^" D0 z6 R  随着我国汽车工业的迅速发展，汽车配件的需要量愈来愈大。质量与价格上的竞争也日趋激烈。传统的汽车连接件冲压成形工艺及模具设计主要依赖经验方法，耗时较多，过多时间浪费在“设计一试制一发现问题一再设计一再试制一再发现问题”的循环中，使得模具的生产周期和成本难以控制。   板料塑性成形的数值模拟分析能揭示板料成形过程中许多现象的本质，能给出制件成形各瞬间的金属位移、应变、应力分布，确定成形力、压边力等参数，从而预测并显示制件的回弹、起皱、破裂、板料厚度变化等成形趋势，进而优化模具和工艺设计，缩短新产品模具开发周期，提高模具及冲压件的质量和寿命。 " `  \4 s: T7 ]/ f- D% e    以下对某汽车连接件成形工艺进行研究，在计算机上使用数值模拟软件功m‰模拟连接件的冲压成形过程，预测板料可能产生的起皱开裂等缺陷。通过与实际试模结果相比较，提出消除成形缺陷的方法，确定合理的冲压成形工艺方案，进而设计出结构合理的模具，在保证产品质量的基础上缩短开发周期，大大降低生产成本。 1 X1 r" g# T, {! X. W3 F6 p 2连接件成形分析与试模试验     图1为汽车连接件，材料为SPH440，料厚2．6mm.外形尺寸98．2mm×46mm×80．9mm根据分析，采用级进模生产，共11道工序，依次为：冲裁一倒角一压弯一压弯一冲孔一预压形一折弯一压形一压形一冲孔一切断。 & }, G, l8 ]! i+ y8 g   , g% X5 \7 s3 C3 E! b+ @4 t    为保证产品质量，将有难度的成形、折弯和整形工序单独提出制作简易模具试制。模具第一次试模选用3000kn冲床，试模结果如图2所示， & `4 C9 a  I/ H: B5 v  }! ]   制件存在以下缺陷： ' u* n+ m/ Z* M  c% R& m1 `, f  Z    (1)冲裁处形状不符，折弯处板料过厚。     (2)表面有拉伤。 & l& m# n! z  C  j' G1 W! S( z    (3)折弯过渡处开裂。 / [* G# y6 d2 {6 G' E" O( E    对模具试模后发现3 000kn的冲压力不能满足制件成形的需求。经换用4 000kn压力机，制件成形的效果有了明显的改善，但开裂现象仍然存在。 3连接件模拟过程 3 Y! F9 s2 K( R4 l4 ?2 ?0 K0 Q    为了找出制件缺陷产生的原因，将有难度的成形、折弯和整形工序单独提出用Dynaform软件进行成形过程模拟。该制件由级进模生产，将成形过程简化为2步。 # P! m) h. ~& y/ X2 D! C    利用有限元软件进行板料冲压数值模拟，其过程主要包括3个部分，即建立有限元模型、计算和分析模拟结果，其中最主要的工作是建立有限元模型。模拟过程具体步骤为：导入几何模型一单元网格划分一定义材料特性一定义模具零件工作参数一求解方法的选择与计算一模拟结果的分析与处理。 3．1建立有限元模型 # v& O  F  z( V( c  连接件的成形模具及其板料的三维造型在ug软件上完成，然后将其以lGEs的格式输入模拟分析软件Dynaform进行网格划分。，图3为连接件有限元模型，图4为第一步成形板料的1／2有限元模型，图5为第一步成形的板料、凸模、凹模的有限元模型，图6为第二步成形的板料、凸模、凹模有限元模型。 # _6 W( j! b5 `- U     / \  D* t' r4 Z2 [  a - B* X3 V/ T' T( U   % m! p$ `8 l* t8 }   5 \' S7 X% }, i  J3．2成形参数设定     连接件采用Dynaform料库中37号材料SPH440。凸、凹模间隙为2．86 mm.采用成形单向面面接触。凸模的静摩擦因数为0．125、动摩擦因数为0、运动速度为5 000mm／s、行程为一41mm；凹模的静摩擦因数为O．125、动摩擦因数为0。 ( @8 U' N. q; A# M+ D& m 6 z2 R5 s# {0 W1 v; ]& Y, h- D4模拟结果分析与处理 4．1第一步模拟结果分析     图7为板料在第一步压形后的成形极限图(FLD图)。由图7可见，板料无破裂缺陷，能够加工出合格的制件，与实际生产结果相符。从图8可以看出，板料的最大变薄位置在拉深处的拐角处，最大变薄量为9．1302％(<20％)；最大增厚位置在折弯处的压形部位，最大增厚量为9．418 7％(<10％)。板料厚度变化不大，未出现严重变薄或变厚倾向，说明板料与模具的工艺参数值较合理，能够生产出满足质量要求的制件。    % k! s2 @9 |; {4．2第二步模拟结果分析 3 ~2 j* a' h0 q) R0 g' G: @! v    图9为板料在第二步压形后的成形极限图(PLD图)，模拟结果显示制件没有产生试模时出现的开裂现象。从图10可以看出，板料的最大变薄位置在拉深的拐角处，最大变薄量为17．496％(<20％)；最大增厚位置与首次试模制件产生板料过厚的位置一致，但是最大增厚量仅为9．3512％(<10％)，并未产生严重变厚，在制件的形状精度要求范围之内。由模拟结果分析可知，板料并未出现严重变薄或变厚现象，能够加工出合格的制件，说明板料以及模具的工艺叁数值较为合理。       4．3分析结果的处理 * l) X( `" y; c! \) B0 u; X    由以上模拟分析发现板料没有开裂，因此，考虑可能是板料的性能不好或板料的冲裁断裂带对制件产生了影响。后采用塑性较好的DDll材料进行试模、对板料进行退火处理和采用小间隙冲裁均没有改善制件质量的效果。 2 N/ ?, j1 U! v, s( w  经过多次试模和模拟分析。得出的结论是：板料成形和折弯的同时都有材料流动，这时板料有剧烈的变形，在板料伸长率无法达到要求时，板料就会沿其纹理方向开裂。因此，应改变原有排样方式，旋转制件冲压方向，并且采用先成形后压弯的工序，避免板料有剧烈的变形。 ( S/ g: A% N) Y5 l& N. o  通过模拟还发现，经整形工序成形后的制件留在上模，这种成形方式对级进模的卸料板有较大的反作用力，对模具的压料有影响，还有可能损坏模具。所以，采用经整形工序成形后制件留在下模的成形方式，为适应级进模的成形过程，在压弯工序前增加折弯工序。     由此确定了改进方案：①改变原有排样方式；②旋转制件冲压方向；③先成形后压弯，降低材料流动的剧烈程度；④采用经整形工序成形后制件留在下模的成形方式。根据改进的工艺方案重新试模，获得了质量合格的制件。 * t$ C6 b- w2 n4 V' s 5结束语     运用Dynafolxn软件模拟了汽车连接件的成形过程，预测零件可能产生缺陷的部位，提出了消除或减少起皱的工艺改进方案。模拟结果表明，板料成形中材料流动最大处、变薄量均与试模结果相吻合。 0 T8 [/ k5 o: j  g  采用有限元分析与试模相结合，获得最优冲压工艺参数，并可对已设计好的工艺参数进行检验。实践证明，计算机仿真技术的发展对简化分析与优化冲压过程、提高生产效率有着极其重要的作用。 , ?( n$ y  S3 z- H7 M