基于AUTOFORM的新能源微型车顶盖外板冲压成形研究

第1章前言其保有量在5年间增长了9倍有余。由于我国坚持纯电驱动战略取向，纯电动汽车在保有量当中占有较大比重，2020年纯电动汽车保有量达到400万，占比超过80%。提到新能源显示，仅车身覆盖件的研发一项就占整车开发资金的40%-60%。由此可见优化冲压加工在工作单位为A00级微型轿车OEM主机厂，其已量产的某款微型车为两厢车顶盖外板，图2.2-1为本文研究的某微车顶盖外板，产品尺寸为1939*1312*156mm,材质为CR5在车身设计时，为保证零件统一的装配关系，各零部件均基于统一的车身坐标中心进行设计，因此原始数据下各部件的中心均为车身中心。在车身覆盖件开发过程中需要制定合理的冲压中心，不合理的冲压中心不仅会造成模具结构设计困难，还会造成冲压零件中心与压机压力中心偏载，造成零件质量不稳定，也会在一定程度上影响压机使用寿命，因(1)尽量设定在零件外轮廓中心；(2)冲压工艺中心尽量接近零件重心；(3)冲压工艺中心需考虑各工序结构设计外轮廓尺寸要求，比如CAM有足够的设计(4)冲压工艺中心需要考虑后工序转角是否存在偏载严重的情况，避免由此造成的(5)冲压工艺中心一般取车身坐标10或50的整数倍，以便于车身中心与工艺中心图2.3-1设定冲压工艺中心(2)有利于A面一次成型的角度；(3)选择拉延深度最小的角度；(4)有利于产品整体受力平衡的角度；(5)对于对称零件对称侧不做角度选择。顺断面，不要有小R角或急剧过渡区域，顶盖A面区域落差较小，因此YZ方向压料面可减小拉延深度，压料面局部抬高造型，以减少拉延深度，YZ向主压料面断面如图2.5-2(4)通过压料面断面做出完整的压料面造型如图2.5-3所示。(1)分模线尽量平直光顺；(4)分模线应根据CAE分析结果，调整最佳位置。图2.6-1分模线布置(1)根据产品造型延长法兰面；(2)根据分模线做出拔模面；(3)产品延长面与拔模面倒角；(4)产品圆角较小、侧壁拔模角度较小，负角区域或无法拉延成型的区域做过拉延(1)首先明确总工序数，现实生产中由于客户生产线压机数量限制，模具工序数不(4)冲孔布置是否合理，冲孔角度合理，原则上冲孔最佳角度为90°,但由于产品本文用四道冲压工序，第一工序(即OP10)拉延，第二工序(即OP20)修边、冲孔、OP10DROP20TCAE模拟分析是当今车身覆盖件冲压工艺分析十分重要的环节，合理准确的CAE分析可以有效模拟板料成型过程中的缺陷，并在前期设计阶段通过优化工艺方案，能有效避免后期的影响，提高模具调试效率，降低制造成本。(1)导入分析工具体，用AUTOFORM软件对工具体进行网格化处理如图3.1-1,网格划分精度影响零件模拟准确性，前期分析阶段为了提高分析效率，可使用大网格尺寸分析，当工艺优化相对完善后需要减少网格尺寸，提高分析精度，一般要求型面圆角区域至少保证有8个网格。(2)冲压角度设置，保证模拟冲压角度与工艺角度一致。(3)导入模拟材料卡，模拟材料参数对板件成形性分析结果的准确性起着最关键的作用，只有模拟参数与实际使用材料性能参数一致，模拟结果才会更接近于真实状态，这就要求材料卡为经过力学实验得出的精确材料参数，此项目顶盖材料为CR5,所含化学元素见表1,材料主要性能参数见表2。化学元素CPS重量百分比(单位：%)屈服强度/MPa抗拉强度/MPa杨氏泊松比硬化指数塑性应变比(5)设置拉延坯料，对于顶盖零件采用方形坯料，保证拉延件充分成型的前提下，(6)定义模具工具体，设置各部件运动行程及作用力关系见图3.1-2,拉延模压边力的计算公式为Pb=Sb*γ(kg)其中Pb表示压边力(kg),Sb表示压边圈压料面积，γ表图3.1-2拉延工序工具体设置(7)压料板行程设置，一般情况下压料板行程需大于拉延深度，防止反拉延造成坯(9)定义计算参数，主要设置模拟钣料网格划分参数、模拟时间步长参数以及模拟单元，在AUTOFORM软件中一般建议采用壳单元精算模拟(FV),使分析精度更高。(3)增大工艺拔模面角度；(2)减小压边力和成型力；(3)调整压料面形状，减小拉延深度；(4)钣料局部开裂可做过拉延处理，如图3.2-2所示。板料成型性最大失效不超过0.8(即maxfailure:>0.8);否则零件开裂风险较大。缺陷的，在AUTOFORM中是通过检查潜在起皱“PotentialWrinkles”如图3.2-3,其中A图3.2-3起皱检查应变大于0.02,如图3.2-4主应变检查所示；次应变大于0,如图3.2-5次应变检查所示。(2)压料板行程设置合理，压料板行程应大于整形、修边、冲孔、翻边等工具体的(4)整形，翻边角度设置正确，在Autoform设置成型运动模拟时，需要保证软件内(5)模拟机械手取放零件过程，当后工序模具存在负角的情况，有时前工序件放到(6)检查模拟运动过程状态检查。覆盖件冲压成型过程是钣料通过模具施加外力的作用下所产生的塑性变形，但同时也回弹是影响材料尺寸精度最主要的因素，也是影响模具制造周期最主要的因素，但钣料成型过程中，不可避免的存在弹性变形，当弹性变形超过一定量值时，则严重影响零件可用性。解决回弹的主要方法是对零件回弹的区域进行回弹补偿，通过补偿零件回弹量最终达到符合要求的零件，以往补偿都是在模具加工调试完成获得现场零件后，根据检具测量零同时使得模具制造成本大大增加。通过CAE软件在模具设计阶段分析零件回弹，根据回弹分析结果进行预补偿，可以节省大量后期模具整改的周期，并降低模具制造成本，这是目前覆盖件模具制造主要研究方向之一。回弹补偿流程如图4-1所示，前期首先优化冲压工艺方案，通过CAE模拟工艺方案满足成型性要求后，再进行回弹分析。这是由于零件减薄率不足、开裂、起皱等成形性缺陷会影响回弹模拟的准确性。确定冲压工艺方案后，开始进行回弹分析，根据回弹模拟的结果，在工艺造型的基础上，做相应的回弹补偿。将补偿数据代入CAE软件中，进行回弹补偿效果验证。当未达到预定要求时，在此基础上进步优化补偿方案，经过多轮数据优化可牌数落确瓦补丝五二艺可牌数落确瓦补丝五二艺团候子析图4-1回弹补偿流程图现场零件调试前风挡转角区域存在缺陷，顶盖外板前风挡转角区域零件存在明显起通过AUTOFORM模拟分析，检查发现工序件在OP30侧整形后，零件有明显起皱如风挡侧壁做了过拉延处理，过拉延处理后的工艺造型转角弧长相对于原始产品弧长量值产品转交造型过拉延转交造型图5.4-1造型优化图5.4-2造型优化后模拟结果图5.4-3最终[4]龚红英.板料冲压成形CAE实用教程M】.北京：北京工业出版社，2010.1.[5]Du