基于AutoForm 的發動機罩外板銳棱沖壓仿真研究

文/王健，司馬忠效，饒洋文，王偉，董文云·吉利汽車集團制造工程(ME)中心

本文針對某車型發動機罩外板現場實際零件棱線圓角開裂的問題，通過AutoForm 軟件進行反復驗算，調整軟件分析參數，繼而得到與現場一致的分析結果，并在此基礎上優化模具工藝參數，指導現場零件整改，最終沖壓出合格的零件。

AutoForm 軟件是目前沖壓仿真模塊應用最為普遍的一款軟件，其仿真分析應用廣、時間短、效率高、操作簡單，可以用來分析沖壓件的成形、修邊、回彈、面品缺陷、滑移線、沖擊線等，目前已廣泛應用于國內外各大汽車主機廠及模具廠薄板沖壓零件的成形仿真分析。本文以某車型發動機罩外板為例，圍繞棱線圓角開裂的問題進行優化，分析參數設置，進行現場調整。

產品詳細信息

此發動機罩外板大致尺寸為1702mm×1166mm ×166mm，零件材質為HC180BD+Z，料厚為0.65mm。圖1 為該發動機罩外板棱線位置斷面尺寸信息，從斷面數據上可以看到，棱線圓角半徑為R3，側壁拔模角為17°，立壁深度為78mm。由于棱線圓角小，立壁深且陡，可以判斷棱線圓角的成形會是這個零件最復雜的一部分。

圖1 棱線位置斷面尺寸

圖2 OP10 拉延

沖壓工藝設計

該發動機罩外板采用4 工序進行工藝設計，OP10拉延(圖2)、OP20 修邊+側修邊+沖孔(圖3)、OP30 修邊+翻邊+側翻邊(圖4)、OP40 修邊+翻邊+側翻邊(圖5)。

沖壓成形仿真分析

發動機罩外板材料為HC180BD+Z，仿真分析模擬用材質詳細參數見表1。

圖3 OP20 修邊+側修邊+沖孔

圖4 OP30 修邊+翻邊+側翻邊

圖5 OP40 修邊+翻邊+側翻邊

表1 仿真分析用材質參數

圖6 拉延有限元分析模型

采用單動拉延成形，有限元分析模型如圖6 所示。模型中凸模、凹模、壓邊圈選擇剛性材料，分析中采用彈塑性殼單元理論，網格進行自適應6 級劃分，拉延筋采用等效筋模型(Adaptive Line Bead)，壓邊圈行程為120mm，壓邊力為170t，毛坯與模具各部件間的摩擦系數取值0.15，成形速度v 取值1m/s，分析精度模型采用FV。

拉延成形分析顯示，通過多次迭代優化拉延筋系數、壓邊力及拉延補充面等工藝參數，得到較優的結果：FLD 圖(圖7)顯示無開裂，減薄率中間大面滿足減薄大于5%的要求，但是兩側棱線圓角立壁減薄(22.5%)已接近減薄極限，此分析結果黃燈通過，滿足硬模加工條件。

圖7 拉延仿真分析結果-FLD 圖

硬模加工調試

棱線圓角位置按照銳棱加工技術要求進行加工，實際加工完的凸模如圖8 所示，首次出件時棱線圓角開裂嚴重，經過一個月優化研合拋光，開裂問題無明顯改善(圖9)。

圖8 銳棱加工后的凸模

圖9 現場調試零件開裂

優化模擬分析

針對現場出現棱線圓角嚴重開裂問題，與CAE仿真分析結果存在明顯不一致，我們嘗試去調整仿真分析的參數設置來提高模擬分析的精度。在精度設置為FV 的基礎上，采用局部網格細化功能細化棱線位置網格，分析結果無明顯差別。高級參數設置中，將厚向應力由off 調整為on，分析結果與現場結果接近(圖10)。

圖10 打開厚向應力分析結果

基于以上的分析驗證，我們在開裂模擬文件的基礎上尋找解決開裂的方案。通過降低棱線對應區域拉延筋高度，我們得到了成形性較好的結果(圖11)，但是局部外觀面的減薄率(圖12)有降低，零件剛性變差?，F場按照最新分析的拉延筋高度降低對應位置拉延筋進行試模，出件效果改善明顯，但是局部兩處仍存在縮頸(圖13)。由于現場試模板料采用的是國內二線鋼廠的板料，板料性能存在偏差，臨時用寶鋼同牌號板材進行試模，縮頸問題得到解決(圖14)。

圖11 降低拉延筋高度分析成形性

圖12 降低拉延筋高度分析減薄率

圖13 現場降低拉延筋高度試模圖片

結束語

圖14 寶鋼板材試模圖片

本文針對發動機罩外板銳棱圓角開裂的案例進行分析，找出影響AutoForm 軟件銳棱圓角成形模擬精度的參數，并通過AutoForm 軟件不斷進行工藝優化以制定可行的方案，并最終指導現場調試出合格的沖壓件。同時，基于此案例，我們優化了AutoForm 軟件銳棱圓角分析設置規范，為新項目的銳棱工藝正常開展提供了技術支持。

琴：指古琴，亦稱瑤琴、玉琴、七弦琴，中國最古老的彈撥樂器之一。古琴是在孔子時期就已盛行的樂器，至少也有3000年以上的歷史了。上世紀初才被稱作“古琴”。