汽车覆盖件成形的有限元模拟及模具设计

多目标优化的汽车覆盖件的设计——汽车顶盖模具设计本文以建模软件Pro/E和冲压仿真分析软件Dynaform为工具，以典型汽车覆盖件（车顶盖）为例，应用计算机对产品进行三维建模及仿真计算冲压模具工作过程，通过分析结果，验证模具设计是否合理，防止起皱、拉裂等不良现象。

实践证明，采用冲压仿真分析软件DYNAFORM对汽车覆盖件成形过程进行模拟，并根据仿真结果进行冲压工艺规划和模具的设计，可以降低成本，缩短生产周期，提高模具的设计质量。

主要讲述仿真分析技术在汽车覆盖件模具制造中的实际应用。

探讨了虚拟制造技术在汽车模具制造中的重要性和优势，提出了虚拟制造技术在汽车模具开发领域的应用。

在简单介绍了虚拟制造的原理及其组成部分后，对其在汽车覆盖件模具制造中的应用给出了详细说明，重点介绍了在汽车覆盖件模具制造中如何使用虚拟制造技术，给出了应用的一般流程，并对其中的关键技术和难点技术给予了详细说明。

1绪论1.1汽车覆盖件的概念与特点1.1.1汽车覆盖件的概念汽车覆盖件（以下简称覆盖件）是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部零件。

轿车的车前板和车身、载重车的车前板和驾驶室等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。

覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。

覆盖件的制造是汽车车身制造的关键环节。

覆盖件的分类：（1）按功能和部位分类：可分为外部覆盖件、内部覆盖件和骨架类覆盖件三类。

外部覆盖件和骨架类覆盖件的外观质量有特殊要求，内部覆盖件的形状往往更复杂。

（2）按工艺特征分类：（a）对称于一个平面的覆盖件。

诸如发动机罩、前围板、后围板、散热器罩和水箱罩等。

这类覆盖件又可分为深度浅呈凹形弯曲形状的、深度均匀形状比较复杂的、深度相差大形状复杂的和深度深的几种。

（b）不对称的覆盖件。

诸如车门的内、外板，翼子板，侧围板等。

这类覆盖件又可分为深度浅度比较平坦的、深度均匀形状较复杂的和深度深的几种。

汽车覆盖件冲压成形的数值模拟作者：王家昆李琦胡东勇罗英李再参一、引言对于制造业来说，21 世纪竞争的核心将是新产品的竞争。

围绕新产品的竞争，一场以信息技术为特征的新的制造业革命正在全球波澜壮阔地展开。

如何实现高质量、低成本、短周期的新产品开发，是赢得这场竞争的关键。

汽车覆盖件与一般薄板拉伸件相比，具有材料相对厚度小、结构尺寸大、形状复杂、尺寸精度和表面质量要求较高的特点。

其零件大多是由复杂的空间自由曲面组成，成形时，坯料上各部分的变形复杂、差别较大，各处应力也很不均匀，使零件的冲压工艺性较差，拉伸过程中容易产生起皱或破裂现象。

车身覆盖件的成形过程涉及几何非线性、材料非线性和复杂的接触与摩擦等问题，在传统的冲压生产过程中，无论是覆盖件模具的设计、制造，还是坯料形状和尺寸的确定，冲压工序、工艺参数的规划，都要设计制造原型，经过多次试生产和多次调试修正才能确定，这是一个试错逼近的过程，造成人力、物力和财力的大量消耗，生产成本高，周期长，质量不易控制。

随着计算机技术的不断发展，计算机辅助工程(CAE) 已广泛应用于板料成形过程分析，不仅可用于后期的工艺分析及模具设计，也可用于产品设计阶段，以确保零件具有较好的冲压成形工艺性。

预先在计算机上进行实际生产过程模拟，可在计算机屏幕上观察毛坯的成形过程，预示汽车覆盖件零件冲压成形的可行性，然后通过少量试模验证，就可得出较可靠的可行性结论。

现使用法国ESI 公司开发的PAM-STAMP 2G商业化专业板料冲压成形软件对汽车后盖内覆盖件进行冲压模拟分析。

二、数值模拟1、PAM-STAMP 2G软件简介PAM-STAMP 2G软件的新的系统框架可以在各模块之间进行无缝数据交换，还提供了可以客户化的应用程式编程界面。

PAM-DIEMAKER 通过参数迭代的方法获得实际的仿真模型，能在几分钟内生成模面和工艺补充面，并快速分析判断零件有无过切(负角) ，并计算出最佳的冲压方案，然后可非常简单地对模面和工艺补充面的几何形状进行修改，并参数化地完成所有前期模具设计的控制。

汽车覆盖件成形的有限元模拟及模具设计
邢忠文;方华松;徐伟力
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】介绍了在有限元模拟基础上进行的汽车覆盖件模具设计,利用专用软件AutoForm对某车型的B柱进行了冲压方向的确定、拉深筋的布置、压料面和工艺补充面的设计以及拉深成形过程的数值模拟.根据模拟结果调整优化了工艺参数和毛坯形状等,消除了零件成形中的质量缺陷,提高了成形工艺稳定性,对实际生产中B柱成形的工艺确定和模具设计提供了依据.
【总页数】3页(P194-196)
【作者】邢忠文;方华松;徐伟力
【作者单位】哈尔滨工业大学,机电工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电工程学院,哈尔滨,150001;宝山钢铁股份有限公司,上海,201900
【正文语种】中文
【中图分类】TH12;U46
【相关文献】
1.动力显式算法在汽车覆盖件成形过程有限元模拟中的应用 [J], 刘红山;李慎国;谢世坤;黄端伟;程从山
2.基于Dynaform的汽车覆盖件拉延成形有限元模拟分析 [J], 刘细芬
3.板材冲压成形CAE分析软件KMAS在汽车覆盖件模具设计中的应用 [J], 黄禹潇;闫康康;郭威;申国哲
4.基于CAE汽车覆盖件拉伸成形工艺优化与模具设计 [J], 王朴;杨梅;王浩;李厚佳;金龙建
5.汽车覆盖件成形拉深筋的有限元模拟与优化 [J], 张士宏;程幸叶;唐杰
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上半月出版Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ《＇金属铸锻焊技术如图１ｌ所示。

由图ｌＯ可以看出，制件拉延效果比较理想，表面未见拉裂现象，板料成形充分，流人均匀，四角处的起皱现象明显改善．产品上的褶皱已经消除。

另外，对于顶盖这类汽车外覆盖件，为了保证产品具有足够的刚性。

除了不能有成形缺陷外。

产品表面的主、副应变也必须达到要求，图１１主应变均大于０．０２，副应变均大于０，满足要求。

由此可以得出。

最终修改方案所设计的压料面、工艺补充和压边力大小是合理的，能够作为模具型面设计的参考和依据，在ＵＧ中设计的模具型面如图１２所示。

图ｌｌ主应变和副应变Ｆｉｇ．１１Ｍａｊｏｒｓｔｒａｉｎａｎｄｍｉｎｏｒｓｔｒａｉｎ图１２模具型面Ｆｉｇ．１２Ｄｉｅｓｕｒｆａｃｅ利用模拟分析的结果设计制造了顶盖冲压成形模具，并已投入生产使用。

板料成形过程与ＣＡＥ模拟成形基本一致，证明模拟分析结果对板料成形具有指导意义。

得到的顶盖冲压件实物如图１３所示。

４结论图１３冲压件实物图Ｆｉｇ．１３Ａｃｔｕａｌｐｒｅｓｓｉｎｇｐａｎｅｌ（１）汽车覆盖件冲压成形是一个复杂的塑性变形过程，而模具型面设计是拉延模设计的关键。

在模具设计初期，利用数值模拟软件对覆盖件零件模型的压料面和工艺补充面进行参数化设计，并模拟拉延成形的全过程，及时预测零件拉裂、起皱等缺陷的部位，分析缺陷产生的原因。

为调整优化工艺参数，完善模具型面设计方案提供依据。

（２）通过获得合格零件。

验证了工艺方案和模具设计的合理性、仿真计算的准确性．提高了冲压工艺和模具设计质量。

在模具设计中应用数值模拟技术，实际上是对模具设计方案的评估优化过程，不仅可以减少实际试模修模次数．还可以缩短模具开发周期，降低模具生产成本。

提高产品品质和市场竞争力。

参考文献：【ｌ】林忠钦．车身覆盖件冲压成形仿真嗍．北京：机械工业出版社．２００５．【２】雷正保．汽车覆盖件冲压成形ＣＡＥ技术嗍．长沙：国防科技大学出版社。

汽车覆盖件数值模拟与拉延模设计汽车覆盖件(简称覆盖件)是指覆盖汽车发动机、底盘、构成驾驶室和车身的薄钢板异形体的表面零件(外覆盖件)和(内部零件),与一般冲压件相比较,具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面质量要求高及生产成本高等特点。

在覆盖件的冲压工艺设计、模具设模具制造工艺上，也具有独自的特点【1】，一般需要经过多道工序(如拉延、冲孔修边、翻边、整形等)才能完成。

在其整个生产中，拉延成形则是一道关键的工序，而决定拉延成败和工件质量的，则是拉延成形的模具。

以前采取单件压制，生产效率、材料利用率和设备利用率均比较低。

将拉延工艺作了改进，采用中心对称一模两件的方法重新设计和制模，大大提高了设备利用率和生产效率[2]。

1冲压工艺分析（1）rember冲压工艺rember零件的材料为cr340，板料厚度为1mm, 抗拉强度750 mpa，延伸率16% 。

零件的结构外形如图1所示。

该零件的结构复杂，需要经过多道工序才能完成，根据该工件的工艺分析，工艺路线为：落料→拉延→冲孔、修边→cam修边→翻制→冲孔、分离。

具体工序图如图2所示。

该零件局部成形较多,是冲孔、拉延和翻边、修边复合的结果。

在拉延过程中，采用一模两件对称方式进行拉延，为保证能将拉延件的全部空间形状一次拉延出来，不应有凸模接触不到的“死区”，即既要保证凸模能全部进入，尽量使拉延深度差最小，以减小材料流动性和变形分布的不均匀性。

工艺补充是拉延工艺不可缺少的部分，但工艺补充部分应尽量减少，以提高材料的利用率。

工艺补充部分除考虑拉延工艺和压料面的需要外，还要考虑修边和翻边工序的要求。

该工件的工艺补充面和垂直修边线如图3所示：（2）拉延仿真结果与成形性分析。

拉延仿真选用的材料与上面相同，板坯尺寸为920mm×200mm,摩擦系数为0.1，压边力初定为95kn，冲头速度5000mm/s，在定义好模具各部分运动和边界条件后，提交工作到ls-dyna进行计算。

试析基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计方法摘要:计算机硬件性能和软件设计能力的提高,信息技术的发展特别是弹塑性有限元模拟技术的进步,让CAE技术(计算机辅助工程技术)在汽车工业中获得了广泛地应用,该技术主要以数值模拟技术为核心,它在促进产品设计的不断改进中发挥中了非常重要的作用。

基于有限元分析的汽车覆盖件模具设计不仅具有非常好的设计可靠性,还具有很好的模具设计效率。

关键词:有限元汽车覆盖件模具设计1 有限元有限元有效融合了计算方法、力学理论以及计算机技术等三门学科的理论知识,但是它不是三者的简单相加,而是具有自己理论基础与解题方法的新学科。

有限元特别适合用于解决工程技术问题,因为相对于其他方法具有高效、快速、灵活等优点,因而获得了非常快的发展。

最开始,有限元主要的目的是分析飞机结构中的应力问题,但是随着它逐渐被其他领域所认可,其应用范围已经囊括了生物力学、流体场、固体力学、电磁场、声场以及温度场等诸多领域的数理方程;同时,它的计算机程序基本上可以对数理方程中的所有问题进行求解。

目前,有限元已经成为一种非常通用的解数理方程的数值计算方法。

在进行实际工程技术问题求解的过程中,构建基本方程和确定边界条件不是很苦难,但是因为材料特点、外部荷载以及不规则的几何形状,求解的过程则比较麻烦。

所以,选择求近似解则是比较恰当合理的。

其中有限元方法便是一种应用非常广泛的近似算法。

有限元法将求解区域视为由众多在节点部位连接的较小单元(子域),数学模型会提供基本方程的单元(子域)近似解。

同时,每一个单元(子域)均能够被划分为形状各异、大小不同的区域,因而有限元法对复杂材料特性、边界条件以及几何形状等均有着非常好的适应能力。

更为重要的是,有限元方法背后有着成熟稳定的大型的软件系统作为平台,使其具有高效、快速、灵活等优点,因而获得了非常快的发展。

2 汽车覆盖件成形的模拟及其模具设计汽车覆盖件成形的模拟及其模具设计的大体流程如下:①利用CAD软件对覆盖件进行造型设计→②将vda、iges、stl、fs等格式的文件传入到软件中,利用CAE技术(计算机辅助工程技术)进行如下操作,第一,对修改圆角补充孔、网格、缝隙等进行划分;第二,确定汽车覆盖件的冲压方向,并对模具、设计工艺补充面以及设计压料面等进行确定;第三,布置拉伸筋、明确工艺切口;第四,对拉伸工步以及有关工艺参数进行分析确定;第五,进行有限元模拟,如果成形有缺陷,则再返回第一步重新进行操作,如果成形没有缺陷则进行第③步→③将模具的几何信息以数据文件的形式传入CAM软件当中,同时编制出NC代码用来制造模具。

有限元数值模拟在汽车覆盖件及其模具中的应用汽车覆盖件与模具有效利用有限元数值模拟1、有限元模拟理论有限元法是一种基于有限元技术的有效工程模拟方法，它可以把工程中的任何确定系统表达为一个有限元网，对整体系统力学进行模拟分析。

当计算的网的大小是很大的时候，有限元技术可以把采用的解运算时间和所需要的内存资源减少了非常多，可以大大提高解算机的性能和可靠性。

2、汽车覆盖件与模具有限元应用汽车覆盖件是承载力和装入效率的重要要素，而模具是汽车覆盖件工业化制造的重要部件。

汽车覆盖件与模具的有限元模拟，可以模拟出它们的力学性能、热传导性能及流体传质等特性，及时发现新的问题、优化设计、提高安全性和可靠性，减少实验成本。

3、汽车覆盖件有限元应用的优势（1）首先，有限元模拟技术可以明确汽车覆盖件形状及特征尺寸，有助于提高鲁棒性。

（2）其次，有限元模拟可以进行项目仿真分析，改善项目的复杂性、提高安全性和可靠性，明确加工参数，提高加工质量。

（3）再次，有限元模拟可以优化模具设计，改善汽车覆盖件加工工序，降低生产成本。

4、汽车覆盖件有限元技术的不足（1）由于不同系统模型复杂，模型建立会比较困难，且受到有限元理论技术发展水平、模拟计算机软硬件能力及工程师经验等方面的影响，计算结果不一定比传统数学方法更佳。

（2）此外，尽管可以对多体系统进行模拟，但较易模拟大型动力系统的受力平衡问题，而较难模拟小型动力系统的位移运动问题。

总之，汽车覆盖件与模具有限元数字模拟工艺在模具设计和制造中得到了广泛的应用，形成了一个高效的汽车覆盖件制造和加工流程。

未来，这种模拟技术将进一步拓展，并将继续改善汽车覆盖件与模具制造、优化设计及提高加工质量，为国内外汽车覆盖件行业发展做出重要贡献。