汽车覆盖件冲压成形的多因素耦合数值模拟研究

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1、汽车覆盖件冲压成形的多因素耦合数值模拟研究

2、第11引言汽车覆盖件因为其独特的特点决定了汽车整车开发周期，成形模具设计制造依靠设计者的经验和反复试模的传统设计方法已经不能满足市场发展的要求了。CAD/CAE/CAM一体化系统已经成为国内外汽车公司设计和制造新产品制胜的法宝，这一技术的采用，保守估计，可以使模具设计与制造周期缩短2/5，模具生产成本降低1/3，进而大大降低整车成本，增强市场的竞争力[1]。目前板材成形有限元仿真技术广泛应用于汽车和钢铁工业等诸多领域，为模具设计、冲压工艺的制定、冲压零件的科学选材等起到了积极作用。本文采用显式动力有限元软件DYNAFORM对汽车侧围外板进行有

3、限元分析，对拉延筋几何参数、坯料尺寸、冲压工艺、材料参数（、值）等多种因素对成形的影响进行了研究分析，为该零件确定了最佳的成形方案。采用ASAME应变分析方法对实际零件进行测试，与模拟结果进行比较。2研究方法2.1三维几何模型及有限元模型建立在复杂型面的板料冲压仿真分析过程中，几何模型建立的工作量占总的模拟过程工作量的很大比例，并且几何模型建立的质量直接影响模拟结果的准确度。侧围外板零件尺寸较大，几何型面非常复杂，多为复杂的空间自由曲面，无法用解析形式表述，只能用参数曲面来表示。eta／DYNAFORM的前处理功能根本不能满足建模的需要，所以使用大型三维造型软件UG进行几何模型的建立，

4、如图1所示即为UG建立的几何模型。在建立几何模型时，要同时考虑冲压方向，工艺补充面及压料面的添加。当精确的CAD模型建立之后，通过专用的数据转换接口如IGES、VDA等，将曲面模型转入eta/DYANFORM前处理器中进行曲面网格的划分，采用自适应网格划分法，将单元划分为四边形网格。模具单元定义为刚性壳单元，模具间隙=1.1t0（t0为原始板厚），建立起来的有限元网格模型如图2所示。凸模与板料的静摩擦系数1=0.15，动摩擦系数2=0.04。凸模和压边圈运动速度设为2000mm/s，凸模和压边圈同时运动，当压边圈接触板料后，停止运动，并施加一定的压边力，

5、凸模继续运动，直至零件完全成形。在定义好模具各部分的运动和边界条件后就可以调用计算模块进行分析计算。由于该零件是大型覆盖件，零件的曲面形状较复杂，各部位的冲压深度不同，因此，可造成板料变形流动不均匀。为了更好地控制板料流动，使板料变形流动均匀，在凹模上建立了等效拉延筋。分别设置了两条拉延筋，即拉延筋A和拉延筋B，如图3所示。采用梯形筋的方式输入各参数，如图4所示。1引言汽车覆盖件因为其独特的特点决定了汽车整车开发周期，成形模具设计制造依靠设计者的经验和反复试模的传统设计方法已经不能满足市场发展的要求了。CAD/CAE/CAM一体化系统已经成为国内外汽车公司设计和制造新产品制胜的法宝，这

6、一技术的采用，保守估计，可以使模具设计与制造周期缩短2/5，模具生产成本降低1/3，进而大大降低整车成本，增强市场的竞争力[1]。目前板材成形有限元仿真技术广泛应用于汽车和钢铁工业等诸多领域，为模具设计、冲压工艺的制定、冲压零件的科学选材等起到了积极作用。本文采用显式动力有限元软件DYNAFORM对汽车侧围外板进行有限元分析，对拉延筋几何参数、坯料尺寸、冲压工艺、材料参数（、值）等多种因素对成形的影响进行了研究分析，为该零件确定了最佳的成形方案。采用ASAME应变分析方法对实际零件进行测试，与模拟结果进行比较。2研究方法2.1三维几何模型及有限元模型建立在复杂型面的板料冲压仿真分析过程

7、中，几何模型建立的工作量占总的模拟过程工作量的很大比例，并且几何模型建立的质量直接影响模拟结果的准确度。侧围外板零件尺寸较大，几何型面非常复杂，多为复杂的空间自由曲面，无法用解析形式表述，只能用参数曲面来表示。eta／DYNAFORM的前处理功能根本不能满足建模的需要，所以使用大型三维造型软件UG进行几何模型的建立，如图1所示即为UG建立的几何模型。在建立几何模型时，要同时考虑冲压方向，工艺补充面及压料面的添加。当精确的CAD模型建立之后，通过专用的数据转换接口如IGES、VDA等，将曲面模型转入eta/DYANFORM前处理器中进行曲面网格的划分，采用自适应网格划分法，将单元划分为四

8、边形网格。模具单元定义为刚性壳单元，模具间隙=1.1t0（t0为原始板厚），建立起来的有限元网格模型如图2所示。凸模与板料的静摩擦系数1=0.15，动摩擦系数2=0.04。凸模和压边圈运动速度设为2000mm/s，凸模和压边圈同时运动，当压边圈接触板料后，停止运动，并施加一定的压边力，凸模继续运动，直至零件完全成形。在定义好模具各部分的运动和边界条件后就可以调用计算模块进行分析计算。由于该零件是大型覆盖件，零件的