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[冲压] 汽车后围板的冲压与回弹研究

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发表于 2021-9-16 17:30:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
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汽车后围板的冲压与回弹研究
王晖云
(扬州市职业大学,江苏 扬州 225009)
摘 要:在汽车整车开发工作中,覆盖件开发非常重要。其较大的尺寸和复杂的形状使覆盖件往往需要经过很长时间才能被开发出来。此外,覆盖件的成形质量受诸多因素的影响,如果使用以往的试模与修模方法,势必会大幅度增加人力与物力等资源的损耗。鉴于此,文章以汽车后围板为研究对象,通过DYNAFORM软件对后围板的冲压及回弹进行实验仿真,以期为汽车行业开发新产品提供相应的指导。
关键词:汽车;后围板;冲压;回弹

[size=1em]近年来,我国汽车产业的飞速发展,使越来越多的汽车产品得以面世,这也使人们对汽车产品的整体质量愈发关注。在汽车整车开发中,覆盖件材料较薄、形状较为复杂并且尺寸较大,再加上人们对汽车的轻量化要求,使覆盖件需要应用到铝合金、高强度钢等高级板料,这也使得覆盖件的开发周期变得非常长,在此过程中需要耗费大量人力、物力,相应的开发成本也大幅增加。

[size=1em]有限元理论的日益完善及仿真技术的发展,为这一问题的解决提供了有效的技术途径,通过CAE仿真分析技术的应用,可使覆盖件在制造模具前进行修改,进而使试模与修模时间被大幅度缩短,同时也节约了覆盖件的模具设计与制造成本,使覆盖件在制作精度上得到了有效提高,这使其成为覆盖件开发中的重要分析工具。

1 汽车后围板的冲压仿真1.1 建立有限元模型

[size=1em]在对汽车后围板的冲压进行仿真时,首先要构建后围板的有限元模型,在构建其有限元模型时,可采取两种方法来实现,一种是应用DYNAFORM前处理器来对其曲面3D模型进行直接构建,另一种则是应用CAD、PRO/E、UG等软件,结合后围板的成形方案,对其凹模、板料等模具零件的面模型进行制作,然后在DYNAFORM中将这些模型数据导入其中。

[size=1em]为了使冲压件在拉延成形中得以顺利完成,还要构建工艺补充面,工艺补充主要有两类,分别是内工艺补充与外工艺补充。对覆盖件来说,在冲压成形前往往都需要应用到工艺补充面,并且工艺补充面的设计是否合理,直接反映了整个冲压工艺的优劣。在设计冲压工艺过程中,还要对成形冲压的有利方向进行确定,其方向的确定应满足以下要求:1)凹模中必须确保凸模顺利放入。2)保持适宜的拉延深度,而且在拉延过程中应尽量均匀。3)在凸模两侧中存在的拉入角在角度上应一致。4)毛坏和凹模应进行平稳接触,并且接触部位应尽可能居中,如果接触面积较大或存在多个接触部位时,需要尽可能同时接触。

[size=1em]有限元模型决定了数值仿真的计算效率及精度,保持零件对称,可使仿真计算时间更短,只需对仿真零件模型的一半即可,在对零件模型进行导入时,将其中的一半当作凹模,然后通过自适应网格来划分网格,采用复制方式,逐一对压边圈及凸模的有限元模型进行生成,即可实现对后围板有限元模型的建立[1]。

[size=1em]在确定毛坏形状及尺寸过程中,可借助DYNAFORM自带的预估功能,假定板料成形的过程,并依据比例进行加载,在此过程中只需考虑初始毛坏与变形的最终状态即可。在生产覆盖件过程中,如果需要将曲面压边圈上放置坯料,因重力作用会导致其出现弯曲,在进行成形仿真时,还要事先进行重力加载。在设置拉延筋时,为了便于调整,可采用等效拉延筋模型来实施计算,而在设定材料及工艺参数时,可在仿真后围板过程中应用双动拉延方式,考虑到在计算冲压速度实际值时会花费较长时间,可通过对冲压速度进行虚拟设置来完成计算。

1.2 冲压成形仿真及参数优化

[size=1em]将拉延筋设置在后围板中,并进行冲压仿真,通过冲压仿真结果可了解到,后围板的拐角位置会出现较为明显的拉裂,究其原因在于板料的拐角位置存在较大的板料流动阻力,而设置拉延筋会使该阻力进一步增大,进而产生拉裂。为了降低板料拐角位置的流动阻力,需要去除所设置的拉延筋,然后进行仿真分析。仿真结果表明板料拐角位置的拉裂缺陷已经明显减小,但仍旧存在,而这就需要在工艺改进的同时,进一步调整模具结构来达到该目的,在对模具结构进行调整时,可通过修改凹模圆角的方式,以此减小板料所受到的流动阻力。

[size=1em]要想使板料拐角位置的流动阻力减小,防止拉裂缺陷的发生,需要放大凹模圆角,并对其进行反复调试,直至仿真结果中的破裂缺陷被消除[2]。

1.3 仿真方案及结果

[size=1em]后围板在进行冲压成形过程中会受到许多因素的影响,并且这些影响因素之间也有着对应的联系,仅仅通过对这些因素进行互相搭配,是需要进行大量试验的,这无疑会浪费大量人力物力,是非常不可取的。而这就需要应用正交设计对试验进行安排,以此降低试验次数,同时试验点也能进行整齐的对比,并且分散也比较均匀。

[size=1em]首先在确定试验因素及水平时,需要将凹凸模间隙、压边圈、压边力、凸模、凹模和三条拉延筋阻力作为八个影响因素,然后导入正交试验中,对这八个影响因素分别确定四个水平数,这样采取正交试验后只需进行32次试验即可。在确定考察指标时,需要将后围板在成形切边后的厚度最小值与最大值进行考察,依据上述八个因素及四个水平数,利用L32(49)型正交表进行试验安排。

[size=1em]试验结果表明,在最小厚度极差中,上述八个影响因素中从次要到主要的顺序分别是模具间隙<压边力<凸模<拉延筋1<压边圈<凹模<拉延筋3<拉延筋2。而在最大厚度极差中,上述八个影响因素中从次要到主要的顺序则分别是凸模<压边圈<拉延筋3<压边力<模具间隙<凹模<拉延筋1<拉延筋2。此时可利用横纵坐标来对这八个影响因素和厚度值的关系趋势图进行绘制,由此便可确定压边圈摩擦系数、压边力、板料、凹模、凸模、模具间隙、拉延筋阻力等因素给后围板厚度带来的影响[3]。

2 汽车后围板的工艺参数优化2.1 神经网络

[size=1em]今年满七十二岁,来日不多,焦虑和紧迫感,火一样烧到了眉毛。从老沟林场回滨湖二十八年了,寻找橘红至今无果。他必须再去一次北京,再拖两年,身体吃不消了。从滨湖三医院出院后,手脚像充足了电似的,完全可以再去北京。上次假如不是眼睛发花,跟那女人跟到派出所,就守着为民旅店不动,盯住258号,可能早就找到橘红了。这次到北京,仍住为民旅店,还是上次住过的那间房子。天天看着西皇城根258号,橘红不可能天天在房子里不出门。

[size=1em]在神经网络模型训练完毕后,可任意选择几组实验来作为检验样本,并将厚度最小值当作基准值,以此对其预测结果进行检验,结果表明,本文中建立的神经网络具有良好的预测能力,能适用于预测后围板成形结果。

2.2 遗传算法

[size=1em]可将遗传算法应用于后围板的工艺参数优化中,将其和神经网络进行结合应用,可使全局最优解更易得到,而且也能使神经网络具备自适应和自进化能力。遗传算法的过程主要包括编码、生成初始群体、适应度值评价检测、选择、交叉、变异以及终止条件判断。在应用遗传算法时,应确定群体规模、交叉概率和变异概率这三个关键参数。为了探寻最佳的后围板成形工艺,需要确保其减薄率合格,并且在不破裂的基础上,其塑性变形要充分,这样便可根据其厚度最小值来对相应的优化模型进行建立,通过迭代即可得到其最优的成形工艺参数。

3 汽车后围板的回弹仿真及回弹补偿

[size=1em]与其他塑性变形类似,对于汽车后围板来说,其同样存在着塑性变形,当其受到外力作用时,其变形主要由弹性变形与塑性变形两个部分组成,如果外力消除,则会永久保留塑性变形,相应的弹性变形则会被释放。

3.1 回弹仿真

[size=1em]在对汽车后围板的回弹进行有限元计算时,可采用两种方法,一种是通过无模法进行计算,而另一种则是通过有模法进行计算。

[size=1em]1)无模法是汽车后围板在冲压成型后,利用反向接触力来对模具进行代替,并通过迭代计算来消除接触力,以此获得回弹结果,无模法在解决回弹问题上主要应用了增量法,可将其当作弹性变形过程。

[size=1em]2)有模法则是在板料被冲压成形的一瞬间,反向移动模具,使全部板料节点得以被分离,进而获得回弹结果,这时板料形状便是回弹后的板料形状。

[size=1em]这两种方法有着几乎一致的回弹结果,但相比于有模法来说,无模法在计算时间上要更短,但有模法却可对实际的回弹过程进行模拟,但为了便于对回弹进行计算,通常是采用无模法来进行回弹的有限元计算。

[size=1em]在对后围板实施回弹仿真时,需要事先对后围板的边缘进行修整,然后将修边后的后围板在DYNAFORM中导入,以便于实施回弹仿真,在边缘修整完毕后将其作为有限元模型进行回弹仿真。

[size=1em]在仿真前,还要对网络模型进行网格粗化,以便于合并曲率相近的网格,这样也能节约时间,并使计算不稳定性降低。要想使刚体位移得到消除,还要设置相应的约束条件,在选择点约束时,需要确保约束点不得在同一直线上,而且约束点应距离零件边缘较远,大变形区域中不得选择约束点,同时约束点间应间隔一段距离。

[size=1em]通过对上文中优化的成形工艺参数进行回弹仿真,可确定总回弹量中的关键方向,然后通过正交试验,即可得到汽车后围板的回弹仿真计算结果。正交试验结果表明,压边力越大,则汽车后围板的回弹量越小,而模具间隙越大,则后围板回弹量就越大,凹模摩擦系数越大,后围板回弹量就越小。

3.2 回弹补偿

[size=1em]为了使汽车后围板在冲压成形后能达到相应的外观质量要求,提高其使用可靠性和装配精度,就需要控制回弹性,需要采用回弹补偿方法来达到控制目的。回弹补偿主要包括工艺控制法与几何控制法两种,其中工艺控制法是对冲压工艺进行合理设置,使板料在成形过程中的应力状态发生改变,以确保板料在塑性变形中更加充分,从而使回弹变形缺陷得到有效抑制。而几何补偿法则是对模具结构或型面进行修正,使后围板在冲压过程中产生过成形,使其卸载后形状转变成理想的期望形状。

4 结束语

[size=1em]文章对汽车后围板的冲压与回弹进行了深入的研究,从而为汽车覆盖件的开发提供了一种行之有效的仿真分析方法,有效减少了试模与修模次数,在缩短开发周期、节约开发成本的同时,还能提高覆盖件的制作精度,从而进一步推动了汽车产业的发展。



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