汽车铝板顶盖成形回弹优化的数值模拟.doc

汽车铝板顶盖成形回弹优化的数值模拟.doc汽车铝板顶盖成形回弹优化的数值模拟 1引言为满足汽车轻量化要求,轻量化材料得到了迅猛发展。与钢板相比, 铝合金具有密度小、比强度高、耐锈蚀等优点, 能满足汽车轻量化的要求,成为汽车轻量化技术中替代钢板的主要材料之一。由于微观结构差异, 汽车用铝合金板的成形性能与汽车钢板相比有较大的差异,传统钢板的成形理论和技术不能直接应用到铝合金板上。汽车用铝合金板的冲压成形机理和规律是国际学术研究的前沿技术。顶盖作为汽车最重要的大型外覆盖件之一, 其质量的好坏直接影响整车的外观和质量。回弹是汽车顶盖主要缺陷之一, 会造成顶盖外观变形和装配困难。以下通过采用不同的冲压工艺方案, 探索解决汽车铝板顶盖回弹的方法。 2 零件冲压工艺分析汽车顶盖,外形尺寸为 1 792 mm×1 244 mm×131 mm。中A 段为车头部分,C 为车尾部分,B 段与 D 段对称。零件冲压工艺如下:①拉深;②正修边、侧修边和 A 段整形;③冲孔、修边和 C 段整形;④冲孔、修边及 B、D 段侧翻边。 3 CAE 回弹结果分析由于零件 B、D 段对称, 其工艺性质一致, 仅对 A、B、C3段采用 Autoform 进行仿真分析。零件各工序模拟回弹结果, 工序①的回弹主要集中在零件周边的工艺补充面上; 经工序②切边后,板料内应力得以释放,零件回弹量整体减小; 工序③的回弹主要集中在 B、C 段天窗翻边处,零件外边缘回弹量较小; 工序④的天窗翻边处回弹量减小,但 A、C 段的回弹与工序③相比明显增大。对比工序③、④的工艺和仿真回弹分析, 零件天窗区域翻边是工序④回弹量增大的主要原因。 4 减小天窗翻边回弹的措施根据回弹结构分析,优化零件天窗区域翻边工艺。方案 2 :保持板料原有形状,仅改变天窗翻边的工艺补充面形状, 在拉深工序进行局部天窗翻边, 将翻边R角由 m增至 R3mm , 特征深度 8 mm ,底部圆角 R6 mm 。经分析, R3 mm 圆角处开裂严重, 原因是新增凹坑会在成形中增大板料向内流动的阻力, 板料流经 R3m m 圆角时受力大于材料的抗拉强度,导致失稳破裂。方案 3 :天窗翻边处工艺补充面不变,在板料中间开孔。根据方案 2 的工艺缺陷, 凹坑特征处的板料仅由外部板料补充,R 角处受到较大拉应力以致开裂。在板料中间开孔后, 天窗区域板料不再是单独胀形, 板料开孔边界会随着拉深进程向外扩张, 补充凹坑处的板料。成形仿真结果可知, 在板料中间开孔后大大降低了零件中间区域的应力,板料 R3 mm 圆角处的开裂消失,零件 E面( 不易充分拉深, 另外板料开孔处圆角部分受力不均,易失稳开裂。方案 4 :板料尺寸和凹坑与方案 3 相同,但在板料开孔处加上压料板并施加 350 kN 的压力。如图 6 所示,以凹坑内边界为界限设计上压料板,并在上压料板上设置加强筋,图 6(b) 为 A-A 截面的尺寸参数,图 6(c) 为 B-B 截面的尺寸参数。方案 4 仿真成形结果,在板料开孔处加上压料板后,板料开孔区域拉深状态得到改善, 上压料板拉深筋外侧区域成形充分。因上压料板对板料流动的控制作用, 板料开孔区域向外扩展的过程中变形均匀,圆角处开裂消失。方案 5 :外侧压边圈与方案 4 相同,将板料中间开孔处的上压料板换为内压边圈, 并在该处设置台阶, 加强内压