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CAE分析技术在汽车高强度板冲压工艺中的应用

来源:《现代模具》杂志 时间:2009/12/19 9:36:34

作者:山东潍坊福田模具有限责任公司 张明扬 李树新 林明 王乐忠 许传海

  张明扬

  在职研究生学历,中共党员。主要从事冲压工艺设计、CAE模拟分析技术研究与管理,现为山东潍坊福田模具有限公司技术科副科长,先后在国内模具杂志刊物发表专业论文10多篇。

  随着汽车工业的快速发展,高强度板在车身结构中的应用越来越广泛,它能够使车身减重达到25%左右,节省约15%的燃油,而且其它排放也会相应降低。因此,提高高强度板在车身结构件中的利用率,对于实现汽车质量轻量化、节约能源、保护环境、安全性能等方面具有重要意义。高强度板材料的显着特点是具有抗拉强度较高、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳等优点,但成形后易产生扭曲、回弹等缺陷,如何有效利用工艺手段解决上述不足,保证产品质量,已经成为整个模具行业技术研究的重点。

  近年来,CAE分析技术逐步被各大汽车模具厂用于不同材料的产品冲压工艺成形、翻边以及回弹分析。主要通过模拟仿真技术优化冲压工艺设计,提前预测产品和工艺造型缺陷,并对回弹、扭曲进行补偿,实现数模再造技术,确保产品最终质量,避免后期模具调试靠钳工打磨、修抛解决,减少模具实际调试次数,进而达到缩短模具制造周期、降低生产调试成本、提高企业生产效能的目的。本文利用Dynaform分析软件,以某公司轿车项目中的前防撞梁前端外板高强度板产品成形、回弹分析为案例,介绍CAE分析技术汽车高强度板冲压成形、回弹补偿中的应用情况。

  1 产品工艺性设计

  1.1 产品材料属性

  前防撞梁前端外板材料为D340LA t1.2 EQL-25,料厚t=1.2mm,屈服强度≤340-460Mpa,抗拉强度≥440Mpa,断后伸长率≥0.24,属于比较典型的汽车用高强度板材,其在车身结构中承担碰撞安全、行驶稳定等作用,如图1所示。

图1 产品三维数学模型

  1.2 产品工艺性评估

  在前期利用CAE分析技术,对产品直接进行成形性分析,发现中部两处翻孔局部四角出现缺料开裂,后要求产品设计部门确保翻边高度5.0mm保持不变、跟部圆角由R4改成R2。右侧凹坑底平面抬高3.0mm,降低成形深度,避免拉延工序开裂,如图2所示。

图2 产品CAE分析结果

  1.3 工艺补充造型

  高强板拉延工序工艺补充造型设计,对于制件最终的质量、减少制件扭曲、回弹量等方面至关重要。该件为了提高材料的利用率,利用产品本身的发兰面作为压料面,两道工序完成,同时又要确保制件拉延充分、刚性达到要求,需要对拉延筋、工艺圆角大小、压边力、毛坯等参数进行优化设计,使材料流入量的多少得到控制。另外,中间凹包周边区域在成形后容易在制件表面产生暗坑缺陷,为此在图示标记区域内按下模型面为基准,对应上模型面间隙减少0.2mm,依靠工艺和NC加工技术保证,如图3所示。

图3 拉延工艺造型

  1.4 CAE成形性分析

  CAE分析按照先利用等效筋模拟,然后得到理想结果后,再根据等效筋与实际工艺筋之间的换算关系在UG软件中设计出方形双面筋再次进行模拟分析,更大程度地接近实际模具调试,提高后序进行回弹分析的精度,如图4、5所示。

图4 双面工艺筋设计参数

图5 成形FLD图

  2 数模回弹补偿

  2.1 修边冲孔后回弹分析

  通过实际双面工艺筋分析后结果,将其导入前处理修边后根据回弹设置相关参数,利用三点约束法对制件进行回弹模拟分析,并在后处理中做出各个截面线,测量相关回弹量化数值,在UG中进行数模回弹补偿再造,如图6所示。

图6 回弹分析

  2.2 数模再造

  根据回弹CAE模拟结果,在UG软件中对拉延工序实现产品数模再造,进行回弹、扭曲补偿,最大程度上避免后期模具整改量,提高模具调试的一次合格率,降低材料成本,如图7所示。

图7 回弹补偿

  3 调试与验证

  通过CAE成形性分析、回弹分析、数模再造等综合技术应用,该件在实际生产一次调试中发现毛坯偏置,出现一端角部开裂,后调整周边定位给以解决。提高了最终产品的综合质量,大大减少了试模次数,节约了人力、材料、设备成本,为后序模具型面的研配提供了基准,确保了首轮试装件的及时供应,如图8所示。

图8 调试结果

  4 制件检测

  对于高强度板来说,拉延调试顺利并不能断定最终产品就能合格,关键是修边后制件由于应力释放产生回弹、扭曲,由于在前期利用CAE分析技术已经从工艺上对产品进行了数模再造,回弹、扭曲量进行了补偿,经过最终检具检测确认,制件一次检验合格率达到98.6%,如图9所示。

图9 检测结果

  5 结束语

  CAE分析技术在高强度板中的应用是一个反复模拟逐渐逼近的过程,需要对分析后的结果进行科学的剖析,以便进行有效的调整。通过对结果的仔细研究、论证,来改善冲压工艺设计,对制件回弹、扭曲缺陷进行科学补偿,从理论上最大程度地减少后期模具制造、调试、整改工作量,避免了因回弹而反复投镶块实验修正的方式,节约了生产制造成本,缩短模具开发周期。

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