基于AUTOFORM的新能源微型車頂蓋外板沖壓成形研究

第1章前言其保有量在5年間增長了9倍有余。由于我國堅持純電驅(qū)動戰(zhàn)略取向，純電動汽車在保有量當(dāng)中占有較大比重，2020年純電動汽車保有量達到400萬，占比超過80%。提到新能源顯示，僅車身覆蓋件的研發(fā)一項就占整車開發(fā)資金的40%-60%。由此可見優(yōu)化沖壓加工在工作單位為A00級微型轎車OEM主機廠，其已量產(chǎn)的某款微型車為兩廂車頂蓋外板，圖2.2-1為本文研究的某微車頂蓋外板，產(chǎn)品尺寸為1939*1312*156mm,材質(zhì)為CR5在車身設(shè)計時，為保證零件統(tǒng)一的裝配關(guān)系，各零部件均基于統(tǒng)一的車身坐標中心進行設(shè)計，因此原始數(shù)據(jù)下各部件的中心均為車身中心。在車身覆蓋件開發(fā)過程中需要制定合理的沖壓中心，不合理的沖壓中心不僅會造成模具結(jié)構(gòu)設(shè)計困難，還會造成沖壓零件中心與壓機壓力中心偏載，造成零件質(zhì)量不穩(wěn)定，也會在一定程度上影響壓機使用壽命，因(1)盡量設(shè)定在零件外輪廓中心；(2)沖壓工藝中心盡量接近零件重心；(3)沖壓工藝中心需考慮各工序結(jié)構(gòu)設(shè)計外輪廓尺寸要求，比如CAM有足夠的設(shè)計(4)沖壓工藝中心需要考慮后工序轉(zhuǎn)角是否存在偏載嚴重的情況，避免由此造成的(5)沖壓工藝中心一般取車身坐標10或50的整數(shù)倍，以便于車身中心與工藝中心圖2.3-1設(shè)定沖壓工藝中心(2)有利于A面一次成型的角度；(3)選擇拉延深度最小的角度；(4)有利于產(chǎn)品整體受力平衡的角度；(5)對于對稱零件對稱側(cè)不做角度選擇。順斷面，不要有小R角或急劇過渡區(qū)域，頂蓋A面區(qū)域落差較小，因此YZ方向壓料面可減小拉延深度，壓料面局部抬高造型，以減少拉延深度，YZ向主壓料面斷面如圖2.5-2(4)通過壓料面斷面做出完整的壓料面造型如圖2.5-3所示。(1)分模線盡量平直光順；(4)分模線應(yīng)根據(jù)CAE分析結(jié)果，調(diào)整最佳位置。圖2.6-1分模線布置(1)根據(jù)產(chǎn)品造型延長法蘭面；(2)根據(jù)分模線做出拔模面；(3)產(chǎn)品延長面與拔模面倒角；(4)產(chǎn)品圓角較小、側(cè)壁拔模角度較小，負角區(qū)域或無法拉延成型的區(qū)域做過拉延(1)首先明確總工序數(shù)，現(xiàn)實生產(chǎn)中由于客戶生產(chǎn)線壓機數(shù)量限制，模具工序數(shù)不(4)沖孔布置是否合理，沖孔角度合理，原則上沖孔最佳角度為90°,但由于產(chǎn)品本文用四道沖壓工序，第一工序(即OP10)拉延，第二工序(即OP20)修邊、沖孔、OP10DROP20TCAE模擬分析是當(dāng)今車身覆蓋件沖壓工藝分析十分重要的環(huán)節(jié)，合理準確的CAE分析可以有效模擬板料成型過程中的缺陷，并在前期設(shè)計階段通過優(yōu)化工藝方案，能有效避免后期的影響，提高模具調(diào)試效率，降低制造成本。(1)導(dǎo)入分析工具體，用AUTOFORM軟件對工具體進行網(wǎng)格化處理如圖3.1-1,網(wǎng)格劃分精度影響零件模擬準確性，前期分析階段為了提高分析效率，可使用大網(wǎng)格尺寸分析，當(dāng)工藝優(yōu)化相對完善后需要減少網(wǎng)格尺寸，提高分析精度，一般要求型面圓角區(qū)域至少保證有8個網(wǎng)格。(2)沖壓角度設(shè)置，保證模擬沖壓角度與工藝角度一致。(3)導(dǎo)入模擬材料卡，模擬材料參數(shù)對板件成形性分析結(jié)果的準確性起著最關(guān)鍵的作用，只有模擬參數(shù)與實際使用材料性能參數(shù)一致，模擬結(jié)果才會更接近于真實狀態(tài)，這就要求材料卡為經(jīng)過力學(xué)實驗得出的精確材料參數(shù)，此項目頂蓋材料為CR5,所含化學(xué)元素見表1,材料主要性能參數(shù)見表2?；瘜W(xué)元素CPS重量百分比(單位：%)屈服強度/MPa抗拉強度/MPa楊氏泊松比硬化指數(shù)塑性應(yīng)變比(5)設(shè)置拉延坯料，對于頂蓋零件采用方形坯料，保證拉延件充分成型的前提下，(6)定義模具工具體，設(shè)置各部件運動行程及作用力關(guān)系見圖3.1-2,拉延模壓邊力的計算公式為Pb=Sb*γ(kg)其中Pb表示壓邊力(kg),Sb表示壓邊圈壓料面積，γ表圖3.1-2拉延工序工具體設(shè)置(7)壓料板行程設(shè)置，一般情況下壓料板行程需大于拉延深度，防止反拉延造成坯(9)定義計算參數(shù)，主要設(shè)置模擬鈑料網(wǎng)格劃分參數(shù)、模擬時間步長參數(shù)以及模擬單元，在AUTOFORM軟件中一般建議采用殼單元精算模擬(FV),使分析精度更高。(3)增大工藝拔模面角度；(2)減小壓邊力和成型力；(3)調(diào)整壓料面形狀，減小拉延深度；(4)鈑料局部開裂可做過拉延處理，如圖3.2-2所示。板料成型性最大失效不超過0.8(即maxfailure:>0.8);否則零件開裂風(fēng)險較大。缺陷的，在AUTOFORM中是通過檢查潛在起皺“PotentialWrinkles”如圖3.2-3,其中A圖3.2-3起皺檢查應(yīng)變大于0.02,如圖3.2-4主應(yīng)變檢查所示；次應(yīng)變大于0,如圖3.2-5次應(yīng)變檢查所示。(2)壓料板行程設(shè)置合理，壓料板行程應(yīng)大于整形、修邊、沖孔、翻邊等工具體的(4)整形，翻邊角度設(shè)置正確，在Autoform設(shè)置成型運動模擬時，需要保證軟件內(nèi)(5)模擬機械手取放零件過程，當(dāng)后工序模具存在負角的情況，有時前工序件放到(6)檢查模擬運動過程狀態(tài)檢查。覆蓋件沖壓成型過程是鈑料通過模具施加外力的作用下所產(chǎn)生的塑性變形，但同時也回彈是影響材料尺寸精度最主要的因素，也是影響模具制造周期最主要的因素，但鈑料成型過程中，不可避免的存在彈性變形，當(dāng)彈性變形超過一定量值時，則嚴重影響零件可用性。解決回彈的主要方法是對零件回彈的區(qū)域進行回彈補償，通過補償零件回彈量最終達到符合要求的零件，以往補償都是在模具加工調(diào)試完成獲得現(xiàn)場零件后，根據(jù)檢具測量零同時使得模具制造成本大大增加。通過CAE軟件在模具設(shè)計階段分析零件回彈，根據(jù)回彈分析結(jié)果進行預(yù)補償，可以節(jié)省大量后期模具整改的周期，并降低模具制造成本，這是目前覆蓋件模具制造主要研究方向之一?；貜椦a償流程如圖4-1所示，前期首先優(yōu)化沖壓工藝方案，通過CAE模擬工藝方案滿足成型性要求后，再進行回彈分析。這是由于零件減薄率不足、開裂、起皺等成形性缺陷會影響回彈模擬的準確性。確定沖壓工藝方案后，開始進行回彈分析，根據(jù)回彈模擬的結(jié)果，在工藝造型的基礎(chǔ)上，做相應(yīng)的回彈補償。將補償數(shù)據(jù)代入CAE軟件中，進行回彈補償效果驗證。當(dāng)未達到預(yù)定要求時，在此基礎(chǔ)上進步優(yōu)化補償方案，經(jīng)過多輪數(shù)據(jù)優(yōu)化可牌數(shù)落確瓦補絲五二藝可牌數(shù)落確瓦補絲五二藝團候子析圖4-1回彈補償流程圖現(xiàn)場零件調(diào)試前風(fēng)擋轉(zhuǎn)角區(qū)域存在缺陷，頂蓋外板前風(fēng)擋轉(zhuǎn)角區(qū)域零件存在明顯起通過AUTOFORM模擬分析，檢查發(fā)現(xiàn)工序件在OP30側(cè)整形后，零件有明顯起皺如風(fēng)擋側(cè)壁做了過拉延處理，過拉延處理后的工藝造型轉(zhuǎn)角弧長相對于原始產(chǎn)品弧長量值產(chǎn)品轉(zhuǎn)交造型過拉延轉(zhuǎn)交造型圖5.4-1造型優(yōu)化圖5.4-2造型優(yōu)化后模擬結(jié)果圖5.4-3最終[4]龔紅英.板料沖壓成形CAE實用教程M】.北京：北京工業(yè)出版社，2010.1.[5]Du