CAE在铝板回弹调试中的应用

1、CAE在铝板回弹调试中的应用摘要：随着汽车技术的发展，对汽车轻量化的要求越来越高，为此，上海通用汽车在 国内率先使用铝板前盖内外板，进一步降低前盖总成质量。铝板质量虽轻，但成形性 却差于钢板，尤其是铝板成形时的大回弹量给冲压模具开发带来极大的困扰。借助 CAE仿真软件，通过优化翻边时序、添加水滴造型和增加局部台阶造型等方法，大大降低了铝板零件的回弹量，且提高了生产效率。关键词：CAE；铝板；回弹；前盖外板；模拟Application of CAE in Al panel springback controlAbstract: With the development of automobile

2、 technology, lightweight of car is becoming more and more important. Shanghai general motor company had used aluminium hood first in China to reduce the weight of it. Although the aluminium panel had lower weight, the formability of aluminum was lower than steel. Especially solving aluminium panel s

3、pringback was a great challenge for developing stamping dies. The investagation shows that springback of Al panel hood outer is significantly reduced by means of optimizing flange sequence, adding dripping model and local-step model and so on with the help of CAE. The application of this process met

4、hods have reference signficance to volume production of Al parts in automobile industry.Keywords: CAE； aluminum panel； springback； hood outer； simulationo引言现代汽车正朝着轻量化、低排放与节能的 方向发展。铝合金具有密度小、质量轻、可重复 回收利用、节能环保等优点，釆用铝合金板取代 传统钢板是汽车轻量化，提高汽车行驶和安全 舒适性能、降低燃油消耗、减少排放和减轻环境 污染的一项重要手段。轧制铝合金在车身覆 盖件上 的应用使 汽车轻量化进入了新

5、 的 阶段 。美 国、欧 洲等汽车厂商已在车身外板的许 多零件上采用了铝合 金 。 目前 ，国外采用全铝车身的大多为高级轿车 ，如福特 Model T型汽车、法拉利360赛车 、Daim ler-ChryslerProwler和奥迪 A8等。铝合 金在车身覆盖件上 的大批量应用还面临着许多技术问题 ，这主要是 由于铝板 的伸长 率相对钢 板低 ，弹性模量比钢板小，导致其成形性较差和成形后回弹量大，而回弹严重影响汽车覆盖件的成 形质量和尺寸精度，是实际工艺中很难有效克 服的成形缺陷之一。如何有效预测和控制铝板件的回弹一直是工程技术人员非常关心的问题。1铝板回弹问题的原因回弹是弯曲成形中普遍存在的

6、现象，是由 卸载过程中内力重新分布引起的。一般铝板回 弹要大于钢板的回弹，这主要是由于材料本身 特性所导致的。图1是铝板、软刚和高强钢3 种材料的典型应力一应变曲线，从图1可以看 到，同样的应变条件下卸载，铝板的回弹比普通 钢板要大得多。式(1)为板材回弹的经典公式，铝板的弹性模量约为钢板的1/3,铝板的回弹要远大于钢 板回弹。2迈锐宝前盖外板回弹控制2.1回弹量的测量由于日本供应商在前期工艺阶段成形仿真时，忽略了对铝板回弹的全工序仿真，又过分相 信自己的调试能力，导致前盖外板回弹量很大。 零件回弹量从一12. 1-14. 4 mm,回弹较为严 重，而且回弹方向不一致。2.2解决方法及效果由于

7、该零件是前盖外板，且为铝板，不同于 以往钢制零件，现场调试人员的经验在此时打 了折扣，尤其对回弹的预测难以判断。为此，决 定通过CAE进行模拟仿真，然后根据模拟结果决定现场实际操作方案。该零件釆用Auto- form软件对供应商提供的模具造型进行了全工 序模拟，使用Autoform FV设置模式，模拟结果 和现场实际基本能够吻合。经过技术协商共讨论出十几种方案，然而 现场无法一一尝试方案的可行性，但仿真却十 分容易尝试每一个方案。本文列举了 3种较为 有效的便于现场实施的工艺方案。方案一：优化翻边工序中的翻边时序来减小回弹。通过合理的优化翻边时序，尽可能释放铝板变形过程中产生的内应力，进而降低

8、回 弹量。方案二：在拉深工序中的凸模上增加水滴 造型。如图2所示，在凸模靠近前挡风玻璃处 增加水滴形局部特征，通过增加水滴造型，一方 面可以使水滴周围的板料拉深更加充分，受力 更均匀；另一方面可在翻边时减小内应力，进而 降低回弹量。图2增加水滴形特征后的仿真模型方案三：局部增加台阶造型。经过方案1 和方案2的优化后，零件的整体回弹已经得到 有效控制，但在前大灯区域的局部尺寸仍然不 理想，造成总成件超差1. 5 mm。为解决此问 题,决定在该区域凸模的工艺补充上增加一个 台阶造型，如图3所示。此方案一方面可使该 区域的板料拉深更加充分，利于减小回弹量；另 一方面可使拉深完后的零件更接近产品造型, 降低下道工序的翻边难度。图3更改后拉深造型经过上述3种方案的优化后，对零件的回 弹量进行了测量，测量的位置如图4所示。选 取了零件上最有代表性的5个位置，分别用X、 B、C、D、E表示。然后对这5个点的回弹结果 进行了测量，测量结果如图5所示。从图5可 以看到，经过3种方案的优化后，零件的回弹量 得到了有效控制，总的回弹量控制在了士3 mm 以内。图4回弹测量位置2.3现场调试跟踪在车间现场实施这些方案后，回弹量得到 了有效控制，CAE仿真模拟的结果与