數值模擬在汽車覆蓋件壓延筋設計中的應用_圖文

1、 第28卷第12期2005年12月合肥工業(yè)大學學報(自然科學版JOU RNAL O F H EFE I UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GYV o l . 28N o. 12D ec . 2005數值模擬在汽車覆蓋件壓延筋設計中的應用陳文琳1, 苗量1, 晏民2, 左志高2(1. 合肥工業(yè)大學材料科學與工程學院, 安徽合肥230009; 2. 合肥眾邦科技有限公司, 安徽合肥230088摘要:將數值模擬技術應用到汽車覆蓋件的壓延筋設計中, 可以提高壓延筋設計的合理性。用真實壓延筋進行模擬真實度高, 但模擬速度慢, 用等效壓延筋進行模擬方便、快速, 但真實度略差。本

2、文綜合考慮兩者優(yōu)點, 用等效壓延筋模型和真實壓延筋模型相結合的方法, , 對其快速合理的壓延筋設計提供了依據。關鍵詞:汽車覆蓋件; 真實壓延筋; 等效壓延筋; 數值模擬中圖分類號:T G 386. 49文獻標識碼:A (204Appl ica tion of nu m er ob ile panel drawbead design1122, M I AO L iang , YAN M in , Z UO Zh i 2gao(1. Schoo l of M aterial Engineering , H efei U niversity of T echno logy , H efei 2300

3、09, Ch ina ; 2. H efei ZhongBang T echno logy Company , L td , H efei 230088, Ch ina Abstract :In view of the difficu lty in design ing a reasonab le draw bead fo r the au tom ob ile panel , num er 2ical si m u lati on is app lied to draw bead design so as to m ake the design m o re reasonab le . T

4、he si m u la 2ti on resu lt app ears m uch true w ith the true draw bead bu t the si m u lati on speed is slow w h ile it is qu ick and conven ien t to si m u late w ith the equ ivalen t draw bead bu t the si m u lati on resu lt app ears less true . In th is pap er , the true draw bead m odel and th

5、e equ ivalen t draw bead m odel are com b ined to si m u late the fo r m ing p rogress of the ven t 2p i pe jo ist of the car ex 2floo r row . T he si m u lati on resu lts p rovide a basis fo r the qu ick and reasonab le design of the car s draw bead .Key words :au tom ob ile panel ; true draw bead

6、; equ ivalen t draw bead ; num erical si m u lati on在板料成形中通常通過壓邊圈來控制金屬流動, 但覆蓋件多為復雜的自由曲面, 周邊變形不均勻, 僅靠壓邊圈來改變壓邊力大小是不夠的, 而且較大的壓邊力會引起加工過程零件表面的劃傷, 這就需要設置壓延筋。通過對壓延筋的靈活布置來調節(jié)進料阻力。對覆蓋件沖壓模具中的壓延筋設計, 設計人員往往是憑經驗設計, 主要依靠模具調試時調整壓延筋, 這不僅增加了調模時間和調模難度, 而且浪費了人力物力。隨著數值模擬技術的發(fā)展, 通過數值模擬預測整個板料成形過程中收稿日期:2004212220; 修改日期:2005

7、204204作者簡介:陳文琳(1963- , 女, 安徽安慶人, 合肥工業(yè)大學副教授.可能出現的缺陷, 給設計壓延筋提供依據, 使得壓延筋的設計更加快速準確, 減少物理試模時調試、1修筋的工作量。本文通過用等效壓延筋模型和真實壓延筋模型相結合的方法, 模擬轎車前地板排氣管托梁的拉延成形過程, 為壓延筋的快速準確設計提供了依據。1壓延筋模型1. 1壓延筋的作用機理在汽車覆蓋件沖壓成形中, 壓延筋被用來增 第12期陳文琳, 等:數值模擬在汽車覆蓋件壓延筋設計中的應用1553大材料的流動阻力、使變形均勻和提高零件的剛度。壓延筋通常由兩部分組成:壓邊圈上的筋和壓2, 3料面上與之相配的槽。沖壓過程中當

8、板材流過壓延筋時, 將在限流槽的凸肩及壓延筋上產生彎4曲與反彎曲的變形過程, 于是產生了流動阻力。設F 阻為壓延筋單位長度上的流動阻力, F 彎是單位長度上材料彎曲引起的拉伸阻力, F 摩是單位長度上壓延筋與材料之間的摩擦阻力, 則F 阻=F 彎+F 摩, 基于此W eidem ann5(2 用等效壓延筋進行模擬。即將壓延筋復雜的幾何形狀抽象為一個能承受一定約束力的附在模具表面的一條壓延筋線, 從而把壓延筋簡化為作用在結點上的力, 不參與網格劃分 , 這樣便節(jié)省了計算時間, 模擬時更改也非常方便。但等效壓延筋沒有考慮板料流過壓延筋后的應變問題, 實際上板料在經過壓延筋后, 無論是上表面還是下表

9、面都有10%左右的拉伸應變, 也沒有考慮壓延筋端部尺寸的影響, 實際上壓延筋端部的變形狀態(tài)與中間部分完全不同, 因此與真實壓延筋相比, 7, 8建立了壓延筋阻力模型, 如圖1所示。F =t te4+3(4(R x +4(R x +。2 24(R x +4(R b +e 2+24(R b + e +22, 綜合考慮模擬的精度和速度, 通過真實壓延筋和等效壓延筋相結合, 對轎車前地板排氣管托梁的不同壓延筋設計進行了模擬。2. 1前地板排氣管托梁成形工藝分析前地板排氣管托梁幾何形狀如圖2所示。板料在成形過程中經歷了預彎和拉深變形, 薄板沿縱向彎曲變形, 在側向產生了拉深變形。經分析, 該件在A 、B

10、 兩處有產生起皺的危險, 即A 處為淺拉深向深拉深過渡區(qū), 板料流動比較集中。一方面, 預彎時板料從兩邊向中間堆積過多; 另一方面, 拉深時板料從兩側流入, 容易產生起皺和堆料, 因此在拉深設計時, 在該處設置工藝凹包以緩解起皺。B 處為托梁兩端直邊部分, 處于彎曲邊緣, 拉深深度淺, 板料流入阻力較小, 也有起皺的危險。2x +其中, t ; 為壓延筋的長度; 為摩擦系數; s 為板料的屈服極限; 為坯料彎曲角; R x 為槽的肩部半徑; R b 為筋的半徑; P 為單位長度上的等效壓邊力。6圖1壓延筋阻力模型示意圖1. 2有限元模擬中的壓延筋模型在有限元模擬時, 處理帶壓延筋的有限元模型一

11、般有兩種方法。(1 用真實壓延筋進行模擬。即將壓延筋作為整個有限元模型的一部分, 對其進行幾何造型、網格劃分, 一起參與計算和網格的再劃分, 因此其模擬的真實度比較高。但由于壓延筋的尺寸與整個成形毛坯相比, 所占的部分非常小, 而在壓延筋位置的成形過程又非常復雜, 要有效的反映這一過程, 就需要將網格劃分的非常細密。這樣在網格重劃時耗費的時間比較多, 而且容易引起數值求解困難, 另外真實壓延筋的造型復雜, 不宜更改。圖2前地板排氣管托梁拉延工藝制作2. 2前地板排氣管托梁壓延筋設計及動態(tài)仿真前地板排氣管托梁件拉延成形模具模型的幾何造型如圖3所示。 1554合肥工業(yè)大學學報(自然科學版 第28卷

12、1僅在直邊布置壓延筋; 方案2在直邊和圓角都布置壓延筋; 方案3僅在圓角布置壓延筋。2. 3模擬結果分析3種方案的模擬結果表明:方案1在直邊處布置壓延筋, 基本沒有改善圓角處的起皺現象, 而且在起皺區(qū)附近出現了開裂。說明在直筋兩端和圓角過渡位置, 材料流動非常不均勻。由FLD 圖可知, 材料有一部分變形處于壓縮狀態(tài), 板料產生起皺失穩(wěn); 另一部分處于拉伸狀態(tài), 部分區(qū)域的變形力超過了材料的成形極限, 材料被拉破。2, 明顯, 但在直邊部分凸模圓, 有破裂趨, 加大了圓角部分的進料阻力, 使得圓角部分壓縮變形大大減少, 剪切和拉伸變形增多, 起皺明顯改善。但在拉伸區(qū)部分材料的拉伸力接近或達到材料

13、的抗拉強度, 出現變薄現象。方案3僅在圓角處布置壓延筋, 基本上消除了圓角處的起皺現象, 且改善了凸凹模圓角處的變薄現象。與方案2相比較, 壓縮變形進一步減少, 而剪切變形增多, 起皺進一步得到改善, 但拉伸有所減少。分析結果表明方案1產生破裂不可取; 方案2和方案3都很好地解決了起皺問題, 但方案21. 凹模2. 真實壓延筋3. 板料4. 凸模5. 壓邊圈圖3前地板排氣管托梁拉延成形模型的幾何造型對于托梁兩端直邊B 處, 板料流入阻力比較小, 進料較多, 需要在該處設置壓延筋增加進料阻力。沖壓過程中板料的變形狀態(tài), 筋的方案比較確定, , 同時, 圖2所示的A 區(qū)拉深后的兩個圓角處側向進料阻

14、力較大, 但直邊部分進料容易, 而直邊部分進料后又會向圓角處流動, 很難準確掌握該處的材料流動狀態(tài), 即難以定出該處的壓延筋布置方案, 因此在該處用等效壓延筋對其進行模擬。真實壓延筋和等效壓延筋均采用半圓形筋, 圓角半徑5mm , 筋高8mm , 肩槽彎曲半徑1. 5mm , 板料用材料SPCC , 料厚1. 5mm , 楊氏模量207000, 泊松比0. 28, 模擬所用壓邊力為400kN , 摩擦系數為0. 11, 采用B T 殼單元, 模具和壓邊圈近似定義為剛體。本文對等效壓延筋的布置和長度, 采用3種方案模擬并進行了結果比較。3種設計方案及模擬結果如圖4所示。方案產生了變薄現象, 有破

15、裂危險; 綜合考慮前地板排氣管托梁是受力件, 材料變薄影響到該件的使用安全和使用壽命, 因此方案3更加合理。由于覆蓋件模具的設計與制造周期較長, 物理模擬結果將在后續(xù)的文章中加以分析研究 。 第12期陳文琳, 等:數值模擬在汽車覆蓋件壓延筋設計中的應用1555圖4等效壓延筋在壓邊圈上網格圖及模擬結果FLD 圖J . 塑性工程學報, 2003, (12 :913.2王孝培. 沖壓手冊M . 北京:機械工業(yè)出版社, 1990.267-283.3高錦張, 陳文琳, 賈俐俐. 塑性成形工藝與模具設計M .3結論把數值模擬引入壓延筋設計, 提高了設計的合理性。在壓延筋的數值模擬中, 有真實壓延筋模擬和等

16、效壓延筋模擬, 前者更加真實, 后者更加快速方便。因此在對板料流動狀況清楚、壓延筋布置確定時, 布置真實壓延筋進行模擬; 而當板料成形過程中流動狀態(tài)比較復雜, 流動規(guī)律不明確時, 可以通過等效壓延筋的靈活布置進行模擬。本文采用該方法對汽車前地板排氣管托梁進行了模擬, 在保證精度的基礎上節(jié)省了模擬時間, 并提供了合理地壓延筋設計。因此, 用真實壓延筋和等效壓延筋有機地相結合的方法對壓延筋進行模擬, 能快速有效的確定覆蓋件成形時的壓延筋的設計。參考文獻1鄭金橋, 黃勇. 汽車覆蓋件沖壓工藝設計現狀及發(fā)展趨勢北京:機械工業(yè)出版社, 2001. 194-199.4陳關龍, 包友霞. 行李箱蓋板大變形區(qū)域的壓延筋結構研究J . 上海交通大學學報, 1998, 32(11 :144-147.5W eidem ann C . T he B lank Ho lder A cti on of D raw beads A .P roceeding of 10th B iennial I DDRC