汽车门槛内板零件的制作可以采用仿真模拟的方法, 对各类数值进行模拟演示, 以便对问题部分进行及时修改, 以此减少零件风险, 提高启辰门槛内板零件的优化速率。目前, 在汽车门槛内板零件的仿真实践中, 常用到的是DYNAFORM软件, 本文就将使用DYNAFORM软件进行汽车板料成形数值的模拟工作和优化设计。
一、汽车门槛内板零件冲压工艺概述
传统模面设计多依靠经验, 不考虑设计参数与有限元模拟结果的函数映射关系, 进行参数优化设计十分困难[1]。以汽车覆盖件为例, 汽车覆盖件具有尺寸大、结构复杂等特点。因此, 我们需要采用合适的冲压工艺来制作汽车覆盖件。例如, 某汽车的覆盖件要求使用0.8mm的St14板材, 所以我们需要考虑到该汽车板材的膨胀变形。如在覆盖件的某些部分需要较深的深度, 但不能利用外部材料来控制, 而是应当依靠St14板材的胀形来实现。如果某连接两处的转角非常小, 需要考虑到在板材的拉延过程中是否会出现破皱问题。此类需要考虑的问题还有很多, 因此在进行汽车覆盖件的制作过程中, 需要采用几下工艺:一是拉延切角, 二是二次拉延, 切边和冲孔。三是再次进行切边冲孔, 四是进行侧切, 侧冲孔翻空和冲孔整形, 五是进行再次整形和冲孔。
在第一次的拉延工艺中, 也是作为汽车覆盖件冲压成形的关键步骤, 需要严格控制拉延的质量, 在拉延的过程中就需要进行切角处理, 并且减少落料。例如在某关键的连接两处, 需要消除破皱的话, 可以适当增加此两处的相应模具圆角, 以此降低阻力。在拉延的过程中尽量保证形成一次完成, 拉延的深度要均匀合适, 并且为后续的工艺步骤做好基础准备。
在第二次进行拉延, 切边和冲孔的过程中, 需要对局部地方进行整形。在第三次切边冲孔的过程中, 需要对剩余的覆盖件周边进行切边冲孔处理。在第四次的侧切, 侧冲孔翻冲, 冲孔和整形过程中, 需要进行窗框内边整形, 侧向门锁的安装。在第五次的整形和冲孔过程中, 需要对全变进行整形, 冲切剩下的孔, 并且保持孔和外板的扣合。
二、汽车门槛内板零件冲压数值模拟
板料成形模拟分析技术对提高汽车产品的设计水平, 制造质量和效率起着举足轻重的作用, 也是提升我国汽车市场竞争力的必由之路[2]。汽车门槛内板零件进行冲压数值模拟可以使用DYNAFORM软件, 该软件在基于有限元方法上建立, 能够帮助人们进行冲压数值模拟。其目的是基于DYNAFORM软件对汽车门槛内板零件的拉延成形过程, 及不同工艺参数对成形结果的影响进行了研究.用优化的工艺参数进行模拟验证, 从而为工艺设计和试模提供理论指导[3].在模拟的过程中, 模具、板料等各模型都被离散分成了有限个单元, 单元之间通过节点连接的方式相互作用, 然后通过特定的计算让人们了解到各单元在成型所产生的应力和应变状态, 最后通过仿真模型测试进行零件冲压模拟。
在汽车门槛内板零件DYNAFORM软件运用过程中, 通过合理的计算来确定的仿真模型与实际工艺模型的参数一致, 因此能够确保模具设计的合理性。但前提是, 计算所依据的数值必须是准确的, 有限元模型必须是准确的。一般情况下, 测试前会进行各单元模型的离散化, 然后通过仿真模拟了解各单元的材料参数、工艺条件等。在仿真模拟的过程中, 所使用的板料网格尺寸越大越好。
首先, 在建立覆盖件模型的冲压成形模型时, 应当把所使用的板材当做一种有弹性的塑性材料。
其次, 在拉延筋的处理中, 由于汽车覆盖件的各部位进料速度不同, 因此需要进行速度的协调。因此我们可以采用等效拉延筋的方式, 以此减少数值处理问题, 从而节省仿真模拟测试的实践。而在拉延筋的不同分布位置上, 拉延的阻力是根据拉延的形状、深度和材料本身的特点来决定的, 所以拉延筋的布置也分为不同情况。
第三, 在计算压边力的过程中, 应当使用F=AFq的共识, 其中Fq代表了单位压边力, A代表了压边的面积。
以车门为例, 在压延工艺的模拟过程中, 各单元集应当定义为凹模、凸模、板料和压边圈, 并且要设置好他们的位置、参数、运用曲线和工艺参数。如门板材料为St14, 厚度为0.8mm, 那么其弹性模量E=2.07×105MPa, 泊松比为0.28, 屈服强度δ=165MP, 各向异性指数r-0=1.87, 各向异性指数r-45=1.27, 各向异性指数r-90:2.17, 硬化指数n=0.2, 摩擦系数为0.125, 压边力为80t。从模拟的数值来看, 车门零件的拉延没有明显褶皱的现象, 除了在车框较深部位有破裂情况以外, 该车门的拉延属于较为充分。对于车框较深部位可以使用增大模具相应圆角的方式来进行处理。
三、汽车门槛内板零件冲压参数优化
进行汽车门槛内板零件冲压参数优化, 首先需要对数值模拟的数据进行分析, 一般需要对启汽车门槛内板零件冲压的成形极限图进行分析。而通过成形极限图优化压边力及拉延筋, 最终获取该零件拉深工序合适的工艺参数, 能够为汽车覆盖件冲压工艺提供快速、有效的设计方法[4]。以某一汽公司的汽车门内版为例, 在冲压数值模拟后可以看出, 该汽车车门两边具有一致性, 其门内板的尺寸较大, 在中间的部位存在凹凸工艺凸包和工艺孔, 所以在这些部位出现了破裂的问题, 如果采用板料堆积的方法, 则会出现褶皱、变形不充分的情况。其次, 如果整体在冲压的过程中出现了偏移, 则会导致更多的问题。
汽车覆盖件冲压成形仿真技术在缩短汽车制造周期、降低成本、提高设计质量、增强市场竞争力等方面具有重要的意义[5]。在冲压参数优化上, 我们可以从以下几个方面入手:一是确定压边力对冲压成形的影响, 在冲压成型的过程中, 压边力对板料流动的控制主要是保证板料不随意移动, 并且保持冲压的方向位置。其次控制法兰区材料向底部流动的速率和流入量, 确保材料塑性变形的成果, 保证材料边缘不出现起皱的问题。而是确认拉深筋对冲压成形的影响, 主要要经考虑拉深筋的高度、圆角尺寸、拉深筋的数量, 并对拉深筋的位置、作用力做出调整。而某一汽车门内板属于差厚拼焊板, 所以考虑到厚薄板材的流动性, 所以薄板的拉深筋高度要低一些。三是考虑摩擦对冲压成形的影响, 所以要通过优化材料的流动速率和流入量, 以此减少摩擦系数, 防止变形不充分等问题的出现。在某一汽车门的实际冲压过程中, 工人通过涂抹润滑油等方式来改善其摩擦力, 以此提高冲压的质量。四是考虑二次拉深工艺, 在门板位置, 一次成形可能出现变形不充分、破裂等问题, 因此在基于对一次拉深数值模拟的分析上, 要进行二次拉深成形工艺处理, 以此解决这些质量问题。
在汽车门槛内板零件的冲压参数优化中, 可以通过二次拉深成形工艺, 通过对压边力、圆角半径、摩擦力、拉延筋参数等条件的设置起到参数优化的效果, 以此减少破裂、不成形等问题。
目前, 人们通过不断地探索研究来提高汽车覆盖件的质量, 也使汽车覆盖件冲压成形理论和成形工艺的研究不断深化, 数值模拟技术也受到了人们的关注。由此可见, 基于数值模拟进行参数优化对实际生产的指导意义非常强, 我国应当加大该技术的应用[6]。
四、结束语
通过使用DYNAFORM软件对汽车门槛内板零件进行数值模拟, 能够直观的看到实际冲压过程和冲压结果, 能够减少冲压运作成本, 提高汽车门槛内板零件的制作效率。其次, 在面对破裂、变形不充分等问题时, 可以通过调整拉延阻力系数、压边力等方法, 进行汽车门槛内板零件的优化处理, 从而找出最合适的冲压成形工艺参数, 提高冲压的效率。由此可见, 冲压工艺模拟具备了经济、高效等优点, 应当广泛的用于汽车覆盖件等工艺设计中。
摘要：随着汽车工艺技术的进步, 对汽车门槛内板零件进行冲压处理已经成为汽车制作工艺的一部分。在汽车覆盖件等此类汽车零件制作中, 因零件具有形状复杂、尺寸大等特点, 且又具备回弹、破裂等问题, 因此需要采取合适的冲压方法, 并且不断的修正, 以保使用产品合格。本文将从汽车门槛内板零件冲压工艺、冲压数值模拟和参数优化上进行分析, 希望可以促进汽车制造工艺的进步。
关键词：汽车门槛内板零件冲压,数值模拟,参数优化
参考文献
[1] 邹文超.轿车后桥悬挂内板成形数值模拟及工艺参数优化[D].合肥:合肥工业大学, 2009.
[2] 刘辉, 江莉, 何欢欢.某汽车发动机罩内板冲压成形数值模拟及试验[J].锻压技术, 2017, 42 (2) :56-59.
[3] 徐迎强.汽车门槛内板零件冲压数值模拟及参数优化[J].精密成形工程, 2010, 2 (3) :36-40.
[4] 陈文琳, 李志杰, 王少阳.汽车前围板冲压数值模拟及工艺参数优化[J].精密成形工程, 2011, 03 (3) :15-19.
[5] 苏曦, 陈泽中, 茹林潺, 等.基于Dynaform的汽车内盖板热冲压成形数值模拟[J].通信电源技术, 2015, 32 (6) :61-63.
[6] 宋灏.汽车背门内板冲压成形与回弹的数值模拟研究[D].天津:天津理工大学, 2014.