汽车前围板拉延成形模面及工艺优化

2汽车前围板拉延成形模面及工艺优化彭广威（湖南汽车工程职业学院湖南株洲412001）摘要:汽车复杂覆盖件的拉延模面决定了冲压件的成形性、表面质量和尺寸精度，是其成形模具设计的核心和关键，合理设计工艺补充面可有效改善板料变形的均匀性。本文基于CAD/CAE协同设计思路，对某新款汽车前围板零件拉延成形过程进行数值模拟，通过对模拟结果的分析，设计合理的拉延成形模面，同时进一步优化成形参数。通过对模拟结果与实际产品进行了板料厚度对比分析，优化后的模拟结果与实际成形产品的变化趋势相同，模拟精度可靠。通过成形数值模拟，可预测板料的成形缺陷，对产品结构及冲压成形模面的优化设计提供了可靠的指导，而且可极大缩短周期，节约成本。关键词:汽车前围板、拉延成形、数值模拟中图分类号:TG385TheOptimizationofthediesurfaceandFormingProcessforCarDashPanelPENGGUANG-WEI(HunanAutomotiveEngineeringVocationalCollege,Zhuzhou,Hunan412001)Abstract:Thedrawingdiesurfaceofcomplexautomotivecoveringpartsdeterminestheformabilityofthestamping,surfacequalityanddimensionalaccuracy,andisthecoreofitsformingdiedesign,thereasonabledesignofaddendumsurfacecaneffectivelyimprovetheuniformityofsheetmetaldeformation.Inthearticle,BasedonCAD/CAEcollaborativedesignideas,thestampingprocessofanewcardashpanelpartswassimulated,throughtheanalysisofsimulationresults,thedrawingmoldsurfacewasdesigned,andformingparameterswereoptimized.Thecontrastanalysisofthesimulationresultswiththeactualproductsheetthicknessshowsthattheoptimizedsimulationresultsandtheactualformingproductshavethesamechangetrends,simulationthereforeisreliable.Throughformingnumericalsimulationofsheetmetalformingdefectscanbepredicted,theproductstructureandtheoptimizationdesignonthesurfaceofthestampingdieprovidesareliableguide,andcangreatlyshortenthecycleandcostsavings.Keywords:CarDashPanel、DrawingForming、NumericalSimulation-------------------------------------基金项目：2014年湖南省高等学校科学研究项目“基于三维数字化RE与CAE技术的汽车前围板结构及工艺优化”（14C1202）作者简介:彭广威(1975-),男,在读博士，副教授。研究方向：材料成形理论及技术通讯地址:湖南省株洲市红旗北路476号湖南汽车工程职业学院.邮编:412001电话Email：44716656@

1、引言汽车前围板是汽车发动机舱与车厢之间的隔板，为典型的汽车覆盖件零件，与一般冲压件相比，具有材料薄、尺寸大、结构复杂、材料强度高、表面质量要求高等特点。覆盖件成形的基本工序包括：拉延、修边及翻边等，其中拉延成形工序最为关键[1]。本文采用有限元分析软件Dynaform对某款新型车的前围板零件的拉延成形进行了模拟仿真，通过模拟分析，利用CAD软件对零件的成形模面进行了优化设计，并进一步调整成形工艺，合理设置拉延筋，从而避免了开裂和起皱等成形缺陷，保证了工件质量，CAD/CAE的协同设计能有效指导汽车覆盖件产品的开发与生产[2]。2、零件的工艺性分析及数模预处理汽车前围板零件如图1所示，材料为DC06。零件的长、宽、高的尺寸约为1400mm×540mm×210mm,材料厚度为1.6mm。零件表面有20个大小各异的孔，而且在零件的两端和中间存在明显的高度差，零件成形工艺较复杂，主要包括拉延、切边冲孔、翻边、冲孔整形等工序。本零件的冲压成形质量主要取决于第一道拉延工序，因其形状复杂，必须通过数值模拟分析其拉延成形工艺性，以设计合理的拉延模面及成形工艺参数[3图1汽车前围板零件Fig.1CarDashPanel3、预成形模拟与结果分析在对零件进行结构与工艺优化之前，利用Dynaform软件进行冲压成形预模拟，分析零件的成形工艺性，分析板料的变形状态与规律，找出存在开裂及起皱等缺陷的地方，然后有针对性地对零件拉延模面结构及成形工艺进行改进和优化。3.1产品模型预处理产品的翻边、凸缘及孔洞一般都是通过后续工序成形出来的，故拉延工序模拟时，需对原始零件数（3）在两侧凹面处增加拉延台，以改善零件各方向变形的均匀性，使两侧充分拉延，避免因材料流入凹模内堆积而造成E、F、G、H等区域起皱的问题。这部分的拉延特征要在后续的切边工序中切除，然后再进行侧端翻边，所以要预留足够的切边尺寸。（4）将后侧的翻边面进行侧向延伸补充成拉延台，不仅可改善板料变形的均匀性，避免I、J处的起皱，同时可直接将后侧翻边成形，多余板料在后续工序中进行切除。4.2成形工艺优化将优后化的曲面模型重新导入Dynaform，为了调节板料流进模腔的进料阻力，需在压料面上适当位置设置拉延筋，在有限元仿真分析中，采用等效拉深阻力代替实际拉深筋，拉延筋为复杂的空间曲线，离模口的距离取30mm。经多次模拟优化，最终设置的拉延筋位置如5所示，设定其完全锁模力为500N。因顶部成形特征较复杂，为保证质量，将模具单边间隙调整为5%，模面优化后的压边力取240KN。图5拉延筋的设置Fig.5TheDraw-beadSetting4.3优化后的模拟结果经多次参数优化后的成形模拟FLD如图6所示。在成形零件的有效区域内，开裂危险区和严重起皱区基本消除，起皱趋势区大幅度减小，产品各成形区域达到预期的形状，表面较为光整平滑，质量符合要求。图6优后化的成形FLD图Fig.6FLDofOptimizedBlankForming4.4成形产品的对比分析通过模面及工艺参数优化后的成形产品实物如图7所示。图7成形产品实物Fig.7TheRealFormingProduct通过观察对比，产品补面区和压边区的局部起皱区域与模拟结果能较好的吻合。为进一步验证数值模拟精度，选择了如图8模拟结果中所示几处关键部位与产品实物进行了厚度对比，其中A、B、C、D、E处为变薄较严重区，F、G、H、I、J处为变厚较严重区。对比结果如表2所示。图8板料模拟成形的厚度变化Fig.8TheThicknessofTheSheetFormingSimulation表2模拟结果与产品实物的厚度对比Table2Thesimulationresultscomparedwiththethicknessoftheproduct部位模拟厚度值（mm）产品厚度值（mm）偏差值（mm）A1.151.21+0.06B1.281.27-0.01C1.301.32+0.02D1.161.23+0.07E1.181.29+0.11F1.781.77-0.01G1.841.80-0.04H1.761.78+0.02I1.731.78+0.06J1.741.82+0.08由对比数值可得：模拟结果与实物成形后的厚度变化基本趋势相同，整体模拟精度较高，但也存在一些厚度值的偏差。分析原因主要有：（1）数字模面的一些转角通过多次倒圆角而成，并不光顺，而实际模具的转角曲面是通过钳工多次修磨，在冲压润滑剂的作用下减轻了变薄趋势，如A、D处；（2）实际板料的各向异性与模拟时的板料参数有一定差别，同时因为压边力误差的存在，从而使得部分区域的偏差值较大，如I、J处。4、结论(1)通过CAE/CAD协同设计，根据模拟结果，反复对汽车前围板的成形模面及成形工艺进行了优化设计，优化后的模拟结果与实际成形产品的厚度变化趋势相同，模拟精度可靠。(2)拉延模面决定了冲压件的成形性、表面质量和尺寸精度，是复杂覆盖件成形模具设计的核心和关键，合理设计工艺补充面可有效改善板料变形的均匀性。（3）通过成形数值模拟，可预测板料的成形缺陷，对产品结构及冲压成形模面的优化设计提供了可靠的指导，而且可极大缩短周期，节约成本[6]。参考文献：[1]王秀凤，郎利辉.板料成形CAE设计及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.1.105-119.WangXiufeng,LangLihui.SheetMetalFormingCAEDesignandApplication[M].Beijing:BeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsPress,2008.1.105-119.[2]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，2011.3（3）：15-19.ChenWenlin,LiZhijie,WangShaoyang.NumericalSimulationandParameterOptimizingoftheStampingFormingProcessofAutoFrontPanel[J].JournalofNet-ShapeFormingEngineering,011.3（3）：15-19.[3]陈泷，陈炜，单英，等.复杂车身覆盖件拉深模具模面设计研究[J].热加工工艺，2014，43（7）：89-91.ChenLong,ChenWei,ShanYing,etc.StudyonDieFaceDesignofComplexAutomobilePanelDrawingDie[J].HotWorkingTechnology，2014，43（7）：89-91.[4]彭广威.汽车仪表盘支架数值模拟与工艺优化[J].热加工工艺，2013，42（19）：95-99.PengGuangwei.NumericalSimulationandTechnologyOptimizationonFormingofInstrumentBoardBracketforAutomobile[J].HotWorkingTechnology，2013，42（19）：95-99.[5]胡平.汽车覆盖件模具设计[M].北京：机械工业出版社，2011.3.102-118.Huping.

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专家审稿意见：

文章基于CAD/CAE协同设计思路，用DYNAFORM软件对汽车前围板零件的拉延成形过程进行了数值模拟，并与实物进行了比对，验证了模拟的结果，通过模拟设计的合理拉延成形模面，及优化的成形工艺参数，得到了合格的成形产品。结论有一定的应用价值。但是对比结果存在明显的不足，只用一张实物图进行对比远远不够，应添加一些关键点处的厚