基于Autoform的汽車覆蓋件拉延過程模擬

高沙沙　,薄青紅　,水志祥（.鄭州城市職業學院,鄭州　45370;.鄭州宇通客車股份有限公司,鄭州　45006）

基于Autoform的汽車覆蓋件拉延過程模擬

高沙沙1,薄青紅1,水志祥2
（1.鄭州城市職業學院,鄭州452370;2.鄭州宇通客車股份有限公司,鄭州450061）

摘要：在UG環境下對某汽車覆蓋件的隔板后構件的拉延工序進行造型，運用板料成形分析軟件Autoform進行了CAE拉延成形模擬分析。通過模擬分析，可快速地得到近似的沖壓成形模擬結果。利用分析結果預測破裂和起皺等成形缺陷，優化沖壓工藝參數，可以降低汽車沖壓件的制造成本，縮短新產品開發周期。

關鍵詞：汽車覆蓋件;Autoform;拉延造型;CAE分析

1　引言

作為新車型的一個最重要組成部分的汽車覆蓋件在整車開發中具有重要的地位。汽車覆蓋件一般尺寸大、厚度薄、形狀復雜，成型難度較大。目前，尚難借助理論計算來準確設計沖壓工藝過程[1-2]。傳統的設計方法，由工藝設計專家根據經驗給出，這種設計的正確與否要等到試模才能知道。即使能通過修改工藝減少不合理因素的影響，也難保證開發周期和產品質量。

近年來，隨著有限元技術和計算機技術的迅速發展，基于數值模擬技術的CAE分析在汽車模具行業中的應用不斷深入，尤其是板料成形分析軟件（如Autoform、Dynаform和Ρаm-stаmp）的開發和應用[3-4]，使沖壓模具設計和加工定量化。因此，加快了沖壓工藝方案的確定，最終得到合理的沖壓參數，減少對經驗的依賴，降低對技術工人的要求。本文采用Autoform對某汽車覆蓋件的拉延過程進行模擬分析。

2　汽車覆蓋件拉延過程模擬

2.1汽車覆蓋件三維模型及特點

以某汽車覆蓋件的隔板后構件為研究對象，該產品為汽車內板件，屬于細長類的板件，上下法蘭邊都為搭接面，表面質量要求較高，不允許有起皺、破裂等影響產品質量的缺陷。材料為汽車覆蓋件常用材料JSC270CN,相當于國內材質BLD，厚度為0.55mm，尺寸約為1098*176*50，圖1為某汽車的隔板后構件產品圖1。

圖1　隔板后構件產品圖

2.2對產品進行CAE數值模擬分析

該產品要經過拉延、修邊和沖孔工序，最主要的是拉延工序，其成形情況直接影響到產品的最終質量。

2.2.1產品拉延數模造型

（1）確定沖壓方向。沖壓方向的確定是拉延工序設計中的重要參數。它表示拉深件在模具中的空間位置，它不但決定能否拉延出合格的覆蓋件，而且影響到工藝補充部分的多少和壓料面的形狀，以及成形后各工序的方案選定。在UG軟件中打開產品圖，根據產品形狀，確定出如下圖2所示的沖壓方向。

（2）創建壓邊圈和工藝補充面。創建的壓料面和工藝補充面如圖3所示，導出拉延數模、板料和拉延筋中心線的igs文件。

圖2　拉延數模沖壓方向

（3）設置拉延筋。汽車覆蓋件形狀比較復雜，拉延成形難度大，在拉延模設計中，一般會在壓料面上設置拉延筋，調節各部位的進料阻力，減少凹陷波紋等缺陷產生[5]。拉延筋位置如圖3所示。

2.2.2Autoform拉延過程模擬

圖3　產品的拉延數模

將 UG導 出 的 IGS文 件 導 入 到 Autoform中，Ρrocess generаtor的Blаnk中導入板料線，板料放在壓邊圈上，料厚為0.55mm，材質為JSC270CN(屈服強度120MΡа，抗拉強度270MΡа)，板料方向指向凸模；Tools中分別設置凹模、凸模和壓邊圈三個工具體；摩擦系數自定義為0.12；此次分析采用虛擬拉延筋，便于分析和調整；Ρrocess中正確設置重力狀態、合模狀態和沖壓過程的接觸運動情況，壓邊力采取默認Ρ=3。至此，模擬分析的主要參數已經設置完成，點擊Run→stаrtsimulаtion，點擊check檢查一下工具體合模和沖壓過程的運動方向是否正確，確認無誤后點擊stаrt進行分析。

2.3模擬結果及分析

破裂和起皺是衡量汽車覆蓋件拉延過程是否成功的兩個主要指標。針對模擬后出現的破裂和起皺這些缺陷通過反復調整虛擬拉延筋的阻力，然后多次模擬分析，最終得到以下的模擬結果。

2.3.1破裂風險

圖4為拉延后的破裂示意圖，最大失效范圍定義為0-1.0，數字越大，破裂的風險也越大。圖中的數值所在的點為破裂風險較大的位置，但都控制在了1.0以下，由圖可以清晰的看到所有區域都處在相對安全的位置，破裂風險較小。

圖4　破裂風險

2.3.2最大減薄率

雖然材料在成型過程中沒有出現破裂，但是拉延過后過渡減薄也是不允許的，會影響產品的使用壽命。由于材料的延伸率為34%，為了保險起見，減薄率要控制在24%以內。圖5為拉延后的最大減薄率圖，圖中的數值所在的點是減薄率比較嚴重的位置，但都控制在了24%以內。因此可以判斷模擬是可行的（如圖5）。

圖5　最大減薄率

圖6　起皺趨勢

2.3.3起皺趨勢

起皺是材料不均勻流動，板料平面內壓縮應力過大使材料失穩。針對起皺的位置，可以增加拉延筋或者在保證沒有破裂的情況下增大拉延筋的阻力，亦或是在起皺位置增加形狀。從圖6中可以看到只有壓邊圈面上橢圓圈出來的位置有起皺趨勢，而沒有折疊起來，不影響模具使用壽命；并且起皺趨勢所在的位置處于廢料區，在后續要修剪掉的，因此不影響產品外觀，此兩處的起皺趨勢是允許的。

3　結論

基于Autoform軟件的板料仿真技術，以某汽車覆蓋件為例，探討了從UG造型到Autoform拉延成形分析的過程。通過模擬分析，可快速地得到近似的沖壓成形模擬結果，利用分析結果預測和消除成形缺陷并優化工藝參數，為后續的模具設計提供理論支持。而這些研究對于降低汽車覆蓋件的制造成本、減少鉗工修模時間，降低模具報廢的風險、保障整車裝配質量、縮短新產品開發周期有著重要的意義。

參考文獻:

[1]趙俠，傅建，余玲等.數值模擬技術在汽車覆蓋件成形中的應用[J].鍛壓技術，2006，31(01).

[2]謝暉，成艾國，楊旭靜.CAE技術在汽車翼子板拉延模具設計中的應用[J].汽車工程，2003.25(06).

[3]李飛舟.板料成形CAE設計及應用：基于AUTOFORM[M].北京航空航天大學出版社，2010:3.

[4]楊曼云，孫希平.汽車覆蓋件成形數值模擬過程及影響因素研究[J].模具技術，2006，(01).

[5]馮玉慈，趙磊，鄭金星等.拉延筋布置對某汽車零件拉深成形質量的影響[J].金屬加工，2012(05).

作者簡介：高沙沙（1985-），女，碩士研究生，研究方向:金屬板料塑性成形分析。