基于DYNAFORM的汽車頂蓋外板成形性分析

四川省宜賓普什模具有限公司 （644007） 陳 平

基于DYNAFORM的汽車頂蓋外板成形性分析

四川省宜賓普什模具有限公司 （644007） 陳 平

汽車頂蓋外板是汽車車身外板件中零件尺寸大、表面質量要求很高的一個重要產(chǎn)品。由于頂蓋外板裝配時涉及到的搭接產(chǎn)品較多，使得要高品質地成形該產(chǎn)品存在較大困難。此外，頂蓋外板作為車身外板件，除了要求制品的尺寸、形狀精度符合產(chǎn)品數(shù)模外，還要求不能有影響車身美觀的微小成形缺陷，而且對制品的剛性也有著嚴格的要求。本文以DYNAFORM軟件為平臺，結合成形仿真技術的應用，對國內某合資汽車廠一款三廂B級轎車的頂蓋外板（見圖1）的成形過程進行研究，以便能夠更深入地了解和認識頂蓋外板的成形特性。

圖1 頂蓋外板產(chǎn)品形狀

一、有限元模型的建立

首先將客戶提供的產(chǎn)品數(shù)模用UG軟件進行數(shù)模確認，注意產(chǎn)品的材料、料厚、偏置方向等，檢查產(chǎn)品有無重疊面、漏面、尖角、負角等現(xiàn)象。

產(chǎn)品數(shù)模確認完畢后，將產(chǎn)品數(shù)模導入DYNAFORM軟件中，進行工藝補充面的設計。首先應分析產(chǎn)品拉延成形是否有負角，按照拉延深度盡量淺和拉延深度盡量一致的原則確定產(chǎn)品的沖壓成形方向；之后展開翻邊、填補孔洞；根據(jù)產(chǎn)品的形狀和趨勢設計壓料面的形狀；根據(jù)產(chǎn)品各部位的成形特點設計拉延筋等。將設計好的拉延工藝數(shù)模在DYNAFORM軟件中進行成形仿真計算，根據(jù)計算結果中產(chǎn)品可能出現(xiàn)成形缺陷的部位，用UG軟件對拉延工藝數(shù)模進行反復地修正和優(yōu)化，最后得到最適合產(chǎn)品沖壓成形的拉延工藝數(shù)模。根據(jù)最優(yōu)化的拉延工藝數(shù)模確定拉延成形的毛坯尺寸，并確定壓邊圈的行程和壓邊力等。

網(wǎng)格劃分的質量影響著沖壓成形分析的有效性。在DYNAFORM軟件中，用板料網(wǎng)格生成器（Blank Generator）劃分坯料的網(wǎng)格，用Surface Mesh命令來劃分產(chǎn)品網(wǎng)格。劃分網(wǎng)格時，要盡量使劃分出的單元是四邊形單元，且使三角形單元分布在邊緣區(qū)域。在凹模圓角等重要圓角處一般要設置至少3～4個單元適應其形狀，以便保證計算精度。劃分好網(wǎng)格后還要對網(wǎng)格進行檢查，主要檢查模面是否完整，是否有重疊、漏洞，網(wǎng)格的法向是否一致，并修復有缺陷的單元。

頂蓋外板的有限元網(wǎng)格如圖2所示。

圖2 頂蓋外板的有限元網(wǎng)格圖

二、產(chǎn)品的成形仿真分析

1.產(chǎn)品材料性能

頂蓋外板材料為SGCD3（JISG），國內等同材料為DX54D+Z（Q/BQB），厚度為0.67mm。SGCD3屬于熱鍍鋅鋼板，其力學性能如附表所示。

SGCD3的力學性能表

2.沖壓方向的確定

在汽車坐標系下，用DYNAFORM軟件DFE→Preparation→Tipping的自動調整（Auto-Tipping）及手動調整（Manual-Tipping）功能進行調整，在保證沖壓方向無負角且盡可能減小拉延深度差的原則下，選定合適的沖壓方向，保證凸模將工件一次拉延到位。確定頂蓋外板的拉延沖壓方向如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品的拉延沖壓方向

3.工藝補充面的確定

沖壓方向確定后, 根據(jù)需要用DFE→Preparation→Unfold Flange展開翻邊, 用DFE→Preparation→Inner Fill填補孔洞,用DFE→Preparation→Outer Smooth進行外部光順。另外, 汽車外板件零件的外形輪廓有急劇變化的曲面和較高的鼓包時, 這些部位的成形容易開裂, 在工藝補充設計時, 應根據(jù)實際情況盡可能加大過渡區(qū)和過渡圓角。

然后，用Binder功能設計壓料面。設計壓料面時需要考慮產(chǎn)品的趨勢、拉延深度以及板料與凸模的接觸狀態(tài)等因素。

頂蓋外板的工藝補充面完成后如圖4所示。

圖4 頂蓋外板的工藝補充面

4.設定拉延筋及沖壓成形仿真參數(shù)

頂蓋外板采用單動拉延形式，拉延主壓力9300kN，壓邊圈行程為120mm，壓邊力為1300kN。拉延筋是沿產(chǎn)品周圈布置兩道矩形筋，如圖5所示。

圖5 拉延筋示意圖

5.沖壓成形仿真計算結果分析

沖壓成形仿真完成后，主要從以下幾方面對仿真計算結果進行分析：

（1）壓料情況和成形過程分析 壓邊圈壓料之后板料在產(chǎn)品面內沒有出現(xiàn)皺紋，圖6所示顯示了頂蓋外板的板料從壓料狀態(tài)至下死點間，板料的沖壓成形過程。板料與凸模接觸過程中，頂蓋外板四角R處的凸模最先接觸板料，然后是產(chǎn)品頂部的棱線部位，接下來才是產(chǎn)品的弧形大面。

圖6 頂蓋外板成形仿真過程圖

（2）起皺部位分析 在成形過程中，僅在坯料四角部位出現(xiàn)了起皺，但起皺區(qū)域都在產(chǎn)品型面以外，這些區(qū)域在后工序中將被切除，因此對產(chǎn)品表面質量無影響。

（3）材料流動線分析 頂蓋外板由于產(chǎn)品型面內無較大起伏區(qū)域，因此不存在材料流動線留在外觀表面的可能，能滿足客戶對產(chǎn)品質量的要求。

（4）開裂部位分析 圖7為頂蓋外板的變薄率圖，從中可以看出最大變薄率發(fā)生在產(chǎn)品頂部棱線處，原因是這些地方上、下圓角半徑都較?。≧5mm）；但同時注意到這些地方的變薄率最大為20%，低于客戶的變薄率要求（小于25%），因此產(chǎn)品成形在理論上無開裂危險。

圖7 頂蓋外板的變薄率圖

另外可以看出，在產(chǎn)品型面內無變薄率不足3%的區(qū)域，不存在因變形不足而導致產(chǎn)品剛性不足的地方。

6.確定工藝補充面和沖壓成形參數(shù)

通過對壓邊力、拉延筋及工藝補充等進行調整，重復對產(chǎn)品的沖壓成形進行仿真模擬，直至得到最優(yōu)化的成形工藝參數(shù)及仿真結果。

產(chǎn)品的成形極限圖（即FLD圖）如圖8所示，它顯示了產(chǎn)品成形安全單元、破裂單元和起皺單元的分布情況。

圖8 頂蓋外板成形極限圖（FLD圖）

三、結語

本文以汽車頂蓋外板為研究對象，運用DYNAFORM軟件建立其有限元模型。在對頂蓋外板的產(chǎn)品特性進行分析后，通過計算機仿真，分析其板料的塑性變形和塑性流動過程，結合成形極限圖，對實際生產(chǎn)中的沖壓過程進行有限元成形仿真計算，對成形過程中可能出現(xiàn)的成形缺陷進行預估，并對此采取有效的解決方法。最后，通過對壓邊力、拉延筋及工藝補充等進行調整，反復對產(chǎn)品的沖壓成形進行模擬仿真，直至得到最優(yōu)化的成形工藝參數(shù)及仿真結果。

頂蓋外板經(jīng)現(xiàn)場調試后的合格拉延件及其產(chǎn)品，如圖9、圖10所示。

圖9 調試合格的拉延件

圖10 調試合格的產(chǎn)品

本文的研究為頂蓋外板在實際生產(chǎn)中的成形性提供了可靠的理論依據(jù)，提高了模具的設計效率和制造質量，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本，為后期頂蓋外板模具的現(xiàn)場調試提供了參考，具有較好的指導意義。

20121107）