應用有限元分析解決門內(nèi)板起皺問題

文/倪剛，趙晶石，張宇，王振東·一汽轎車股份有限公司

應用有限元分析解決門內(nèi)板起皺問題

文/倪剛，趙晶石，張宇，王振東·一汽轎車股份有限公司

本文以作者單位某車型的后門內(nèi)板為例，說明如何利用CAE模擬軟件指導現(xiàn)場模具調試。提出了利用有限元分析軟件對起皺問題的分析方法、評價方法和控制方法。

與一般沖壓零件相比，汽車覆蓋件的沖壓成形過程比較復雜，不是簡單的拉伸或脹形。因此在模具調試過程中，僅憑經(jīng)驗很難清楚的找到產(chǎn)生問題的直接原因。如需試驗各種方案，需要大量現(xiàn)場資源，但隨著計算機應用的推廣，在模具調試過程中通過CAE分析，可以迅速找到問題發(fā)生的原因，節(jié)約成本，提升調試效率，減少自動化生產(chǎn)線上的調試時間，提高生產(chǎn)效率。

產(chǎn)品信息及問題描述

產(chǎn)品信息：零件材料為ST06Z，料厚為0.6mm與1.2mm的拼焊板零件。

現(xiàn)場在后門內(nèi)板模具調試中，在門鎖孔下方的法蘭壓合邊上出現(xiàn)波浪，此處產(chǎn)品存在拐角外凸現(xiàn)象，屬于難成形位置，易發(fā)生開裂或起皺，現(xiàn)場調試出現(xiàn)了開裂與起皺矛盾的成形條件狀態(tài)，通過線上調整平衡塊墊片及后期反復調整拉延筋，均出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，未能解決壓合邊起皺問題，產(chǎn)品質量缺陷依然明顯，見圖1，圖2。

圖1 后門內(nèi)板產(chǎn)品圖

圖2 現(xiàn)場零件缺陷照

有限元分析過程

通過現(xiàn)場實地采集材料流入量，調整CAE模擬相關拉延筋系數(shù)，使其可以與現(xiàn)場狀態(tài)一致，見圖3，從材料成形FLD圖上可以看出（圖4），問題區(qū)域的成形性能已達材料應變極限，甚至部分超出安全區(qū)域，所以通過增強此處拉延筋來將此褶皺拉開的方法并不可行，現(xiàn)場調試也證實了這一點。

圖3 CAE分析流入量圖

圖4 局部區(qū)域的FLD圖

通過分析，證明解決問題需從其他方面入手，重新梳理模擬成形過程可以看出，受一次拉延到底的工藝方案（追求尺寸精度及穩(wěn)定性）影響此區(qū)域成形一定會有聚料趨勢，起皺是在凸模的法蘭邊造型剛剛接觸上開始出現(xiàn)的。隨著行程的增加，起皺越來越大，接觸到凸模的反檻后，開始出現(xiàn)減緩趨勢，過程詳見圖5。

圖5 模擬現(xiàn)場問題CAE分析過程

針對分析結果，決定在進料阻力不變的情況下增加工藝補充上反檻的高度，優(yōu)化光順凸模接觸狀態(tài)，優(yōu)化造型的幾何特征，進而改變板料成形過程中的壓縮應變的變化，來緩解聚料趨勢，控制成形過程中的起皺。

具體措施，利用CATIA造型盡可能縮減凸模臺階造型的弧度，減少成形過程多余材料線長。造型根據(jù)CAE分析嚴格控制接觸狀態(tài)，經(jīng)過多輪修正，最后得到比較好的成形結果，如圖6，圖7所示。

圖6 CATIA局部造型圖

圖7 解決方案CAE分析過程

從圖7的CAE分析過程可以看出，成形過程剩余30mm時開始產(chǎn)生褶皺，但隨著成形深度的增加，零件起皺在到底前5mm左右時消失。

模擬方案成立后給出現(xiàn)場整改方案：在保證立壁不開裂的情況下，即不改變現(xiàn)場的進料阻力狀態(tài)（壓料力不改變、拉延筋不改變、壓料面松緊不改變、潤滑狀態(tài)不改變），僅從整改工藝補充造型控制成形接觸狀態(tài)來增加徑向拉應力，降低或消除壓縮應力，控制起皺的產(chǎn)生。體現(xiàn)到工藝補充造型上的狀態(tài)為，反檻增加8mm高，兩側150mm光順過渡。從圖8現(xiàn)場零件整改后的局部圖片可以看出，起皺已經(jīng)消除。

圖8 整改后現(xiàn)場零件狀態(tài)

結束語

本文結合實際生產(chǎn),利用CAE分析技術成功解決了門內(nèi)板法蘭邊起皺問題。同時給出了起皺問題的有限元分析及評價方法，以及解決現(xiàn)場調試或生產(chǎn)問題的解決思路。

倪剛，工程師，主要從事車身覆蓋件沖壓工藝設計、車身開發(fā)沖壓SE評審、模具生準過程圖紙會簽、現(xiàn)場調試問題技術支持等工作。獲得中國機械制造工藝協(xié)會科技成果二等獎1項、科技成果三等獎1項。