有限元分析在汽車覆蓋件成形中的應用

于 玲，王 蕾

（河南工業職業技術學院教務處，河南 南陽473000）

汽車覆蓋件是沖壓零件中比較特殊而又相當重要的一種，具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大、表面品質要求高、曲面多為空間曲面、配合協調性高等特點，工藝很復雜，其模具的制造周期直接影響汽車的制造成本以及新產品的開發周期。長期以來，我國汽車覆蓋件模具的設計和制造是在以往經驗的基礎上，通過模具制造后期的反復調試并最終完成的。這種憑經驗和試制的方法不僅使模具制造周期過長，而且成本過高，品質也得不到保證。

隨著有限元數值模擬技術的不斷發展和完善，可以對復雜的板料成形問題進行模擬分析，以前的大量試沖壓、修模的工作可以通過有限元軟件虛擬進行，并獲得重要的工藝參數，從而為優化工藝參數，縮短模具制造周期提供依據。

1 零件介紹

汽車覆蓋件按功能和部位可分為外覆蓋件、內覆蓋件及骨架類覆蓋件三類。行李箱后蓋屬于比較典型的外表面零件，在車身沖壓件中占有重要地位，質檢部門對產品的外表面品質及剛、塑性都有較高的要求。圖1所示為某型號轎車行李箱后蓋，其與后風窗相連的外表面形狀平坦區域，在產品成形時不易充分變薄，成形后極易產生變形及回彈。另外，在拉深中如果材料塑性流動不均勻，還會產生拉裂和起皺。

圖1 轎車行李箱后蓋

2 有限元模型的建立

（1）曲面模型的建立

可以通過兩種方式建立曲面模型：一種是在Dynaform中直接建立；另一種是通過商品化的Pro／E和UG等軟件導入。本文在UG軟件中建立了如圖2所示的汽車覆蓋件模型圖，并進行必要的工藝補充，然后建立相應的凸凹模和壓邊圈模型，提取各自的曲面，然后存為IGES格式并導入Dynaform軟件中進行網格劃分及有限元分析。

圖2 覆蓋件模型圖

（2）拉深筋和壓料面的的設定

在汽車覆蓋件成形模中，設置拉深筋的目的是通過提高材料的流動阻力，增大材料的塑性變形，減小零件的回彈，從而提高貼模精度。拉深筋的形狀和布局對成形結果有直接影響。拉深深度的大小在很大程度上決定了產品的成形性，對于有大部分平緩區域的型面來說，衡量成形性的好壞，不僅要看是否有充分的塑性變形，而且要看變形的分布是否均勻。成形性越好，則產品剛性越好，且回彈小。壓料面的位置是根據適當的拉深深度確定的。圖3為設定了拉深筋和壓料面的行李箱后蓋橫截面圖。

圖3 橫截面圖

（3）單元網格的劃分

一般采用先自動劃分單元網格后手動劃分的方法。在劃分完網格后，還要檢查凸凹模、壓邊圈和板料網格的法矢量、邊界、重復單元、修改網格直至沒有錯誤為止。

3 模擬結果及分析

行李箱后蓋所用的板材厚度t=0.8 mm，彈性模量E=2.07×10 MPa，屈服強度σs=165 MPa，塑性硬化指數n=0.237，厚向異性指數r=2.295。圖4為材料厚度模擬結果云圖，可以清楚地看出材料的厚度變化。由于拉伸筋的影響，其周邊的材料變薄最大。圖5為材料成型極限圖，可以得出外表面平緩區域的變薄率在4%~5%之間，板料的變形狀態較為理想。

圖4 厚度云圖

圖5 成型極限圖

4 結束語

通過有限元數值模擬了行李箱后蓋成形過程，預測了可能出現的缺陷。由結果可以得知：針對所給板材，選擇該沖壓工藝參數，所設計的工藝能夠滿足成形的需要，從而減少了反復試模的次數，提高了沖壓工藝和模具設計質量，并大大降低了模具開發成本和開發周期。

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