氮?dú)鈴椈衫幽，F(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE分析一致性的提高

何方可，張 雷，謝衛(wèi)東，殷言春

(1.浙江吉利控股集團(tuán)制造工程(ME)中心， 浙江 寧波 315336；2.瑞鵠汽車(chē)模具有限公司， 安徽 蕪湖 241006)

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氮?dú)鈴椈衫幽，F(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE分析一致性的提高

何方可1，張 雷2，謝衛(wèi)東1，殷言春2

(1.浙江吉利控股集團(tuán)制造工程(ME)中心， 浙江 寧波 315336；2.瑞鵠汽車(chē)模具有限公司， 安徽 蕪湖 241006)

論述了氮?dú)鈴椈蓧毫μ匦郧€變化規(guī)律，即氮?dú)鈴椈沙跏汲錃鈮毫Q定了彈簧初始?jí)毫Γ獨(dú)鈴椈蓧毫﹄S行程增大而增大，但變化規(guī)律是非線性的。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氮?dú)鈴椈蓧哼吜ψ兓?guī)律進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)初始時(shí)壓邊力為70 t，拉延結(jié)束時(shí)壓邊力為96 t，壓邊力增大37%，造成現(xiàn)場(chǎng)板件嚴(yán)重開(kāi)裂，與CAE狀態(tài)相差很大。通過(guò)將氮?dú)飧壮跏汲錃鈮簭?qiáng)從11 MPa調(diào)整至9 MPa，消除了現(xiàn)場(chǎng)板件開(kāi)裂，同時(shí)CAE采用變壓邊力模擬，結(jié)果顯示板件現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE分析狀態(tài)一致，改善效果明顯。

氮?dú)鈴椈桑怀跏汲錃鈮簭?qiáng)；行程；壓邊力；破裂

1 問(wèn)題的提出

圖1、圖2分別為國(guó)外某汽車(chē)零件拉延件現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE狀態(tài)，對(duì)比可看出:現(xiàn)場(chǎng)板件出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂，但CAE模擬狀態(tài)良好，甚至沒(méi)有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE模擬相差較大。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)工件拉延狀態(tài)

圖2 對(duì)應(yīng)CAE狀態(tài)

研合率滿(mǎn)足主機(jī)廠要求后，現(xiàn)場(chǎng)板件仍存在嚴(yán)重開(kāi)裂，因此技術(shù)人員將板件開(kāi)裂的原因鎖定在氮?dú)鈴椈蓧哼吜ι稀Ｅc普通拉延模不同，此車(chē)型拉延模由氮?dú)鈴椈商峁哼吜Α５獨(dú)鈴椈捎捎谄淞己玫膲毫η€特性及高精度特點(diǎn)，越來(lái)越多地應(yīng)用于汽車(chē)板件拉延模上。

目前國(guó)內(nèi)模具使用氮?dú)鈴椈衫幽?yīng)用比較少，無(wú)論是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員對(duì)氮?dú)鈴椈晒ぷ髟砑皦毫μ匦哉J(rèn)識(shí)不夠，造成調(diào)試出現(xiàn)很多問(wèn)題，過(guò)程緩慢。同時(shí)由于工藝人員對(duì)氮?dú)鈴椈蓧毫η€缺少認(rèn)識(shí)，在CAE模擬時(shí)使用恒定壓邊力，而不是變壓邊力，造成CAE模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)零件實(shí)際狀態(tài)有偏差。

綜上所述，目前由氮?dú)鈴椈商峁哼吜Φ睦幽，F(xiàn)場(chǎng)拉延狀態(tài)與CAE模擬狀態(tài)相差較大，一方面原因是之前沒(méi)有承制過(guò)氮?dú)鈴椈商峁哼吜Φ睦幽_壓工件，缺少經(jīng)驗(yàn)；另一原因是CAE模擬氮?dú)鈴椈山?jīng)驗(yàn)不足。 因此，需要通過(guò)對(duì)氮?dú)鈴椈闪μ匦约癆UTOFORM壓邊力控制方式進(jìn)行深入研究，以提高現(xiàn)場(chǎng)與CAE模擬一致性。

2 氮?dú)鈴椈蓧毫μ匦越馕?/h2>

圖3為拉延模氮?dú)鈴椈膳挪记闆r，共10根氮?dú)鈴椈桑?lián)排布。氮?dú)鈴椈尚吞?hào)為WDX356204-9512BMP。

圖3 拉延模氮?dú)鈴椈膳挪?/p>

2.1 氮?dú)鈴椈蓞?shù)

圖4為WDX356204系列氮?dú)鈴椈蓞?shù)，從圖4(a)可看出9512BMP型號(hào)氮?dú)鈴椈蓸?biāo)準(zhǔn)初始?jí)毫標(biāo)準(zhǔn)為95 kN，公稱(chēng)行程S公稱(chēng)為125 mm；從圖4(b)可看出:9512BMP型號(hào)氮?dú)鈴椈蓾M(mǎn)行程壓力F終=152 kN，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力P標(biāo)準(zhǔn)=15 MPa。

2.2 氮?dú)鈴椈沙跏級(jí)毫?/p>

從圖4可看出:氮?dú)鈴椈沙跏級(jí)毫κ?5 kN，但該壓力是建立在15 MPa標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力基礎(chǔ)上，若初始充氣壓力達(dá)不到15 MPa，氮?dú)鈴椈沙跏級(jí)毫_(dá)就達(dá)不到95 kN。式(1)為氮?dú)鈴椈沙跏級(jí)毫健?/p>

(1)

式中：P標(biāo)準(zhǔn)表示標(biāo)準(zhǔn)充氣壓強(qiáng)；F標(biāo)準(zhǔn)表示標(biāo)準(zhǔn)初始?jí)毫Γ籔初始表示初始充氣壓強(qiáng)；F初始表示初始?jí)簭?qiáng)下氮?dú)飧讐毫Α氖?1)可以看出：氮?dú)鈴椈沙跏級(jí)毫εc氣缸初始?jí)簭?qiáng)成正比，初始?jí)簭?qiáng)越大，氮?dú)飧壮跏級(jí)毫υ酱蟆Ｓ梢陨戏治隹芍篧DX356204-9512BMP型氮?dú)飧讟?biāo)準(zhǔn)初始?jí)毫標(biāo)準(zhǔn)=95 kN， 標(biāo)準(zhǔn)充氣壓強(qiáng)P標(biāo)準(zhǔn)=15 MPa，現(xiàn)場(chǎng)首輪調(diào)試時(shí)使用110巴初始?jí)簭?qiáng)，即P初始=11 MPa，故氮?dú)鈴椈沙跏級(jí)毫初始=95×11 /15=70 kN。

圖4 WDX356204系列氮?dú)鈴椈蓞?shù)

2.3 氮?dú)鈴椈蓧毫﹄S行程變化規(guī)律

氮?dú)鈴椈晒ぷ鲿r(shí)其壓力并不是保持恒定，而是隨著行程增加而逐漸增大。這是因?yàn)榈獨(dú)飧壮錃夂螅獨(dú)飧變?nèi)氣體壓強(qiáng)并不是恒定的，隨著行程增加，氮?dú)飧變?nèi)氣體體積受壓縮，壓強(qiáng)增大，因此壓力增大。氮?dú)飧讐毫εc行程關(guān)系見(jiàn)式(2)。

(2)

式中：FS表示行程為S時(shí)彈壓力；F初始為在初始充氣壓力下初始彈壓力；S公稱(chēng)表示氮?dú)鈴椈晒Q(chēng)行程；S使用表示工作行程；F標(biāo)準(zhǔn)表示標(biāo)準(zhǔn)初始?jí)毫Γ籉終表示標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下滿(mǎn)行程壓力。

3 現(xiàn)場(chǎng)首輪調(diào)試時(shí)壓邊力

由圖5可看出：首輪調(diào)試氮?dú)鈴椈沙錃鈮簭?qiáng)為11 MPa，在該壓強(qiáng)下，WDX356204-9512BMP型氮?dú)鈴椈呻S行程變化壓力FS見(jiàn)式(3)。

FS=95 000×125/(125-0.375S)

(3)

由本文可知，此拉延模布置10根氮?dú)鈴椈桑瑒t現(xiàn)場(chǎng)壓邊力F隨行程變化規(guī)律如下：

F=95 000×10×125/(125-0.375S)

(4)

式中S表氮?dú)鈴椈尚谐?mm)。

圖5 首輪調(diào)試氮?dú)鈴椈沙錃鈮簭?qiáng)

從圖6可看出： 10根WDX356204-9512BMP型氮?dú)鈴椈稍?1 MPa壓強(qiáng)下工作初始?jí)毫?0 t，拉延結(jié)束時(shí)壓力達(dá)96 t，而CAE模擬壓力僅為70 t，比模擬壓邊力大37%，因此造成板件嚴(yán)重開(kāi)裂。

4 CAE模擬分析時(shí)壓邊力

基于成本及便捷考慮，目前絕大多數(shù)的拉延模由氣墊提供壓邊力，壓邊力是恒定的,因此CAE分析時(shí)，壓邊力也是設(shè)置恒定的。從圖7中可以看出:CAE分析時(shí)使用70 t恒定壓邊力，但現(xiàn)場(chǎng)氮?dú)鈴椈稍?1 MPa壓強(qiáng)下提供的壓邊力從初始時(shí)70 t增大至結(jié)束時(shí)96 t，與CAE分析相差很大，這是由于工藝人員對(duì)氮?dú)鈴椈商匦匀鄙僬J(rèn)識(shí)所致。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)氮?dú)鈴椈蓧哼吜﹄S行程變化曲線

圖7 改善前的CAE壓邊力

5 改善措施

從本文分析可知：現(xiàn)場(chǎng)板件開(kāi)裂嚴(yán)重，而CAE模擬分析時(shí)卻沒(méi)有開(kāi)裂，這是由于現(xiàn)場(chǎng)使用的壓邊力與CAE分析時(shí)壓邊力相差較大所致。因此，改善措施應(yīng)分別從現(xiàn)場(chǎng)氮?dú)鈴椈蓧哼吜εcCAE模擬壓邊力兩方面分析，以此提高現(xiàn)場(chǎng)與CAE模擬的一致性。

5.1 現(xiàn)場(chǎng)彈簧壓邊力

CAE模擬使用70噸壓邊力，模擬結(jié)果顯示板件變形充分，沒(méi)有開(kāi)裂。但現(xiàn)場(chǎng)使用11 MPa充氣壓力， 初始?jí)哼吜?0 t，拉延結(jié)束時(shí)，壓邊力增至96 t，與CAE分析不一致，造成板件開(kāi)裂。因此，應(yīng)降低充氣壓強(qiáng)，降低壓邊力，提高板件進(jìn)料速度，從而改善板件開(kāi)裂。圖8為改善后氮?dú)鈴椈沙跏汲錃鈮簭?qiáng)，從圖中看出：初始充氣壓強(qiáng)為9 MPa。圖9為氮?dú)鈴椈稍? MPa初始充氣壓強(qiáng)下壓邊力隨行程變化曲線，可見(jiàn)初始?jí)哼吜?7 t，拉延結(jié)束時(shí)壓邊力增至79 t。

圖8 改善后氮?dú)鈴椈沙錃鈮簭?qiáng)

圖9 改善后氮?dú)鈴椈蓧哼吜η€

5.2 變壓邊力模擬

由本文分析可知：CAE分析時(shí)應(yīng)采用與現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)一致的變壓邊力，且壓邊力隨行程逐漸增大。如圖10所示，在AUTOFORM壓邊力設(shè)置界面，改恒定壓邊力Constant force為變壓邊力Time variable，然后Time、Force分別對(duì)應(yīng)行程與壓邊力。

6 改善效果

圖11為初始充氣壓力為9 MPa時(shí)現(xiàn)場(chǎng)板件圖，從圖中可以看出，板件進(jìn)料狀態(tài)良好，沒(méi)有破裂。圖12為AUTOFORM變壓邊力模擬變薄率圖與成行狀態(tài)圖，與現(xiàn)場(chǎng)一致。由此可看出，改善后不僅消除了現(xiàn)場(chǎng)板件破裂，而且提高了現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE分析的一致性，改善效果明顯。

圖10 改善后的CAE壓邊力

圖11 改善后現(xiàn)場(chǎng)板件

圖12 AUTOFORM變壓邊力模擬變薄率圖與成形狀態(tài)圖

7 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)論述了氮?dú)鈴椈蓧毫μ匦郧€變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)氮?dú)鈴椈沙跏汲錃鈮簭?qiáng)決定了彈簧初始?jí)毫Γ獨(dú)鈴椈蓧毫﹄S行程增大而增大，但變化規(guī)律是非線性的。同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氮?dú)鈴椈蓧哼吜ψ兓?guī)律進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)模具拉延工件初始時(shí)壓邊力70 t，拉延結(jié)束時(shí)壓邊力96 t，壓邊力增大37%，造成現(xiàn)場(chǎng)板件嚴(yán)重開(kāi)裂，與CAE模擬狀態(tài)不一致。

通過(guò)將氮?dú)飧壮跏汲錃鈮簭?qiáng)從11 MPa調(diào)整至9 MPa，消除了現(xiàn)場(chǎng)板件開(kāi)裂，同時(shí)CAE采用變壓邊力模擬，結(jié)果顯示板件現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE分析狀態(tài)一致，改善效果明顯。

[1] 張貴寶，陳軍，王曉方.基于板料成形數(shù)值模擬的沖壓模具結(jié)構(gòu)分析方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008，44(8)：174-179.

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(責(zé)任編輯 劉 舸)

Improve Consistency of Actual State and CAE State of Gas Spring Panel Drawing Die

HE Fang-ke1, ZHANG Lei2, XIE Wei-dong1, YIN Yan-chun2

(1.Zhejiang Geely Manufacturing Engineering Center，Ningbo 315336，China； 2. RAYHOO Motor Dies Co., LTD., Wuhu 241006, China)

The characteristic curve of gas spring’s pressure was analyzed in detail. Study shows that gas spring’s initial force is determined by the initial pressure, and spring force increase with the increase of stoke. By reducing gas spring’ initial pressure from 11 MPa to 9 MPa, and applying variable binder force simulation, scene panel crack was eliminated, and the consistency of actual state and CAE was improved.

gas spring；initial pressure；stroke；binder force；crack

2016-12-18 作者簡(jiǎn)介：何方可(1983—)，男，工程師，主要從事汽車(chē)模具及板料成形性分析方面的研究，E-mail:175812703@qq.com。

何方可，張雷，謝衛(wèi)東，等.氮?dú)鈴椈衫幽，F(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)與CAE分析一致性的提高[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(5):34-38.

format：HE Fang-ke, ZHANG Lei, XIE Wei-dong,et al.Improve Consistency of Actual State and CAE State of Gas Spring Panel Drawing Die[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(5):34-38.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.05.006

U463

A

1674-8425(2017)05-0034-05