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汽车横梁多步冲压成形全工序仿真分析及应用.pdf
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1、第 卷第 期 年 月新余学院学报 ,汽车横梁多步冲压成形全工序仿真分析及应用 戴亚,周颖(安徽工贸职业技术学院机械与汽车工程系,安徽淮南 櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆)摘要:为研究多步冲压成形 技术对汽车结构件成形性能的影响,运用 软件与 软件对汽车横梁进行坯料的排样设计、工序件的定位设计以及全工序冲压成形仿真研究。研究结果表明,所设计的 道工序排样能够满足制件的多步冲压成形需求;对虚拟去除材料对应的工序后获得的工序进行全工序有限元仿真,获得了合格的分析结果;制件形面精度满足装配要求,且关键部位的尺寸偏差基本达到要求。关键词:多
2、步冲压成形;横梁;排样设计;全工序;实冲试验中图分类号:文献标志码:文章编号:()櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆 收稿日期:基金项目:安徽省教育厅高等学校质量工程项目“机械制图与 精品课程”();安徽省教育厅高职院校承接提质培优行动计划项目“制图国家标准的基本规定”()。作者简介:戴亚(),女,湖北黄冈人,副教授,硕士,主要从事汽板料成形与冲压模具设计研究。汽车冲模是汽车工业中至关重要的基础工艺装备,被誉为“汽车工业之母”。汽车覆盖件与结构件通常先分别由单工序模和多工位级进模加工得到,再通过激光焊接、机械连接、胶接等形式将它们连接
3、在一起 。随着计算机辅助技术的进步,汽车覆盖件与结构件的制造精度不断提高,但汽车结构件的冲压加工涉及设备、材料和工艺等多个维度的耦合,导致其加工复杂多变。因此,计算机辅助技术在汽车结构件的开发过程中仍然起着关键作用,为优化工艺参数、提高制造精度和质量提供有力的支持。有限元仿真分析作为计算机辅助分析技术之一,在汽车结构件级进模开发中扮演着不可或缺的角色。多工序排样设计、冲压成形仿真分析、级进模设计和级进模虚拟装配分析等关键技术为汽车车身制造提供了高效、精确、可靠的级进模加工解决方案,助力汽车制造业实现智能化和数字化转型。李贵等 采用冲裁刃口优化设计法和激光料带试模法实现精确冲裁工序边界的多工序排
4、样,确保了后续冲压成形的精度和稳定性。罗林等 针对不同的车身结构件,设计了相应载体的多工序排样,使得不同车身部件的冲压加工得到优化。郭强等 采用数学实验结合优化方法,对汽车板料冲压成形的关键工艺参数进行深入研究,成形精度提升效果显著。赵殿明等 将冲压成形仿真应用在多弯角车身钣金件和发动机油底壳级进模中,成功开发了相应的级进模并获得了合格的实冲产品。通过 和 等计算机辅助设计软件,黎慰等 在级进模设计中实现了更直观的设计和虚拟运动仿真,确保模具装配的准确配合。本文以复杂结构高强钢汽车横梁为研究对象,运用 软件设计多工序排样,利用 软件进行全工序排样仿真分析 ,并通过实冲试验研究 技术对制件成形精
5、度的影响,为汽车梁类制件级进模的开发设计提供参考。第 期戴亚,周颖:汽车横梁多步冲压成形全工序仿真分析及应用 制件工艺分析与排样设计 制件工艺分析图 中汽车车身横梁的尺寸为 ,属于典型的中型车身结构件,观察外形发现其成形工艺包括长度方向上的多次弯曲、多处冲孔和翻孔、多处压筋以及两端的成形。因此,这是一个带有多弯曲多形孔、近似对称的中型复杂梁类制件。该制件的成形难点在于多弯曲形面特征与形孔的孔位精度的综合确保。经过综合分析,制件有两种成形思路。思路一:先预测制件的坯料形状后进行落料,然后对落料进行拉延,获得制件的中间壳体,最后考虑制件上的多次翻边和多处冲孔。思路二:先落料出较大的矩形料片,然后再
6、逐次弯曲,并在弯曲过程中进行冲孔和翻边,最后对制件两端进行斜楔冲裁。由于 技术能对坯料外形作出精确预测,且拉延工艺能获得高质量、高精度的制件壳体,故本文选择思路一来设计坯料成形工艺方案。图 汽车车身横梁三维模型 制件排样设计为了设计包含制件基本特征工序的具体排样,需要分解零件的几何构形,并结合经验进行组合与排序。表是根据思路一所设计的 道工序排样及其定位方案,该方案明确了每个工序相对于上一工序是否需要翻转以及下一工序的定位方式。制件的成形经过了 道工序,制件传递期间经过了五次翻转换位。制件换位后的定位首先考虑使用定位销,在无法使用定位销时,则采用压边块的定位方式。图 展示了汽车横梁三维 排样设
7、计。表 坯料的 道工序排样及其定位方案工序号工序名称是否翻转定位方式 冲裁否定位销 拉延与冲孔否定位销 修边与冲孔否定位销 翻边是定位销 斜楔冲孔与修边否定位销 翻边是压边块 成形与翻边是定位销 斜楔翻边否定位销 新余学院学报 年续表 坯料的 道工序排样及其定位方案工序号工序名称是否翻转定位方式 翻边否定位销 翻边是定位销 斜楔翻边否定位销 冲孔与整形是定位销图 汽车横梁三维 排样设计 有限元仿真与分析 仿真规划与材料模型通过仿真分析可以提高多步冲压规划的可靠性,有效减少模具试模次数和试模时间。通过对车身横梁的排样分析,规划制件多步冲压成形的有限元仿真工序如下:()拉延工序;()修边与翻边工序
8、;()斜楔修边工序;()翻边工序;()翻边工序;()翻边工序;()斜楔翻边工序。其中落料、切边和冲孔在应用 仿真时,表现为虚拟的材料去除过程,只需设置切边轮廓曲线和切边方向,不涉及实体切边刀块。因此,在有限元仿真分析计算中,冲孔和侧冲孔等工序均应用激光 切割的方法进行模拟,不纳入有限元仿真分析计算。成形仿真分析前,需要确定材料的力学性能、工艺方案、工艺参数。高强钢 的主要力学性能如表 所示,其边界条件由 软件中的材料库直接导入。表 的主要力学性能屈服强度 抗拉强度 泊松比各向异性指数 仿真数学模型静力隐式有限元迭代算法在计算板料冲压成形时,在模拟的速度与验证的准确性方面优势明显,故被 应用,且
9、受到了业内的高度认可。增量加载有限元法有静力隐式有限元迭代算法、静力显式持续平衡方程法和动力显式有限元法三种,其中静力隐式有限元迭代算法又分为全 静力隐式有限元迭代算法和新 静力隐式有限元迭代算法两种,应用这两种方法建立起来的有限元格式是等效的,具有一致的本构关系,计算结果也相同 。通过有限元离散,并忽略速度和加速度的影响,可以推出静力显式持续平衡方程,如下:()()为了使静力显式持续平衡方程法的解收敛,步长应尽可能小。当步长较大时,可以通过计算得到静力隐式有限元迭代算法,如下:第 期戴亚,周颖:汽车横梁多步冲压成形全工序仿真分析及应用 ()()直至足够小,得到 时刻的 ,此即为静力隐式有限元
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