翼子板成形评估及模具调试

喻航等翼子板成形评估及模具调试　翼子板成形评估及模具调试　喻航　．刘渝　，赵川　．常建　（１．成都成飞汽车模具中　ｔＬ，，成都６１００９２　２．重庆大学工程力学系，重庆４ｏｏｏ４４）　

【摘要］翼子板零件作为大型汽车覆盖件零件，在模吴设计、制追中有很多值得我们去思考和　注意的问题。如怎样评价成形堆易程度，如何更好地在工艺和模县设计阶段就对模具调试过程中　出现的问题予以预洲，从而加快模县的生产用期。应用ＦＥＡ技术厦ＳＣＴ技术，分析并讨论了翼子　板零件的成形工艺以厦模吴的调试情况。　【关键词］有限元分析；板料成彤；模具设计　中围分类号：３８６．３　２，０２４２．２１文献标识码：Ｂ文章编号：１０００—８４４６｛２００１）０５—００３９—０４　

Ｔｈｅ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｒｏｕｂｌｅ　Ｓｈｏｏｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｒｏｎｔ　Ｓｉｄｅ　Ｐａｎｅｌ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ＹＵＨａｎｇ，ＬＩＵ　Ｙｕ。ＺＨＡ０　Ｃｈｕａｎ，ＣＨＡＮＧ　Ｊ蛔　（１．ＣｈｅｎｇｄｕＡｉｒｃｒａｆｔＭａｎｏｆａｃｔｕｍ　Ｃｏ．．０】∞　ｕ６１００９２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄ印ａｍｎｅｎｔ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４ＯＯＯ４４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓ　ａｄ：　Ａｓ蚰ｅｏｆｔｈｅⅡ　Ｗ　ｏｕｔ　ｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ，ｔｈｅｆｘｏｎｔｍｄｅ　．ｉｎｉｔｓｄｉｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄｍａｎ—　ｕｆａｃｔｍｌｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｉｓｔｓ　ｍａｎｙ　ｐ　ｅ瞄・ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｆｍｍｍｇ　ＢｅＹｅ　ｔｙ　ａｎｄ　ｐｒｅ￣ｆｉｎｄ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　Ｐｏ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｉｎｔｈｅ　ｄｉｅ廿ｏｕ　ｓｈｏｏｔｉｎｇ　ｐｒｏｅｍｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｅ－ｅｏｍｌｄｅｔｌｎｇ　。ｂＩ咖Ｂｉｎ　ｄｅ・　ｔａｉｌｍａｙＩｌｅＩｐ　ｓｈｏｒｔｅｒ￣ｎｇｔｈｅ咖ｍ血ｃ　ｎｇ删ｏｆｄｉｅ．Ｉｎｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ・ｔｈｅ　ＦＥＡ　ａｎｄ　ＳＣＴＩｅｃｂＩｌｄ　姻ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄｅｓ　ａｎｄｔｈｅｔｒｏｕｂｌｅ　Ｂ　ｏｆｔｈｅ　ｄｉｅＷ－ｏｕｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＦＥ∞　ｙ　；ｓｈｅｅｔＩ　；ｄｉｅ　ｄｅｓｉｇｎ　

翼子板属大型车身覆盖件零件，具有复杂的　空间自由曲面。从视觉角度上看，它有着清晰的装　图ｌ翼子板几何外形　饰棱线及高度流畅、光顺的表面。图１为翼子板几　何外形，其材料参数见表１Ⅲ。从装配角度来看，　翼子板零件还有着极其复杂的装配关系和很高的　装配要求。同时还必须考虑覆盖件的刚性要求。　从理论的角度看，其成形过程涉及几何非线性的弹　塑性复杂过程、材料非线性和复杂的接触摩擦问　题　。因而对成形过程中所出现的现象和问题难　以找出规律并进行分析。　表１材料各项参数指标　

收稿日期：２００ＩｑＹ２－０９　作者简介：喻航（１９６４一），男，工程师，项目负责人。主要从事板料成形、模具设计与制造、计算机模拟等方面的研究工　作。　

维普资讯 http://www.cqvip.com ４０　金属成形工艺ＭＥＴＡＬ　ＦＯＲＭＩＮＧＴＥＣＩ￣ＯＩＤＧＹＶｏ１．１９№．５　２｛］０１　１成形工艺中存在的几个问题　

模具制造成败的关键在于首道工序的成形工　艺的制定。考虑到上述的翼子板零件的工艺特点，　在考虑成形工艺问题时，如果仍然按传统的冲压设　计过程去思考，就非常片面，而且风险大；无论模具　的设计、制造，还是板料形状和尺寸的确定，工艺参　数的确定，都要待模具出来以后，再经过多次试生　产和调试来确定；这样势必造成人力、物力和财力　的大量消耗。为此，在制定成形工艺时，对翼子板　零件在冲压中可能出现的问题作了充分的考虑及　预测；考虑到其成形过程的复杂性，预先对成形工　艺作评估，以减少不必要的损失和浪费。初步评估　包括以下几方面　Ｊ。　（１）拉延面、拉延筋设计合理性的评估；　（２）　以破裂、起皱和零件表面刚性为准则的　成形评估；　（３）基本成形条件的评估和成形的板材的评　估。　在考虑了以上问题的情况下，所设计的成形工　序件如图２所示。取纵、横两个截面来考察其所需　拉深量∑　，∑　，　，ｙ分别表示长度和宽度方向。　

初步的分析，该平均变形量应在材料的变形极限之　内且大于保证零件表面刚性所必须的应变量。但　由于变形的不均匀性，这两个参量并不能反映我们　所关心的零件的最大、最小变形量。　在此基础上，借助了以下手段来对所制定的冲　压工艺进行事前预测和事后分析。　（１）采用有限元分析（ＦＥＡ）技术，对成形工　艺进行数值模拟，更进一步预测、评价和优化成形　工艺　ｊ。在固定材料参数（Ｆ：，｝　，ｒ，　，ＦＥＤ，　

，ｏ－，，　，Ｅ｝）和约束条件（起皱、破裂、零件表面　刚性和特定工艺条件）的情况下，优化设计变量　（压边力大小及压边形式、板料的初始状态、拉延筋　的几何参数和布局、影响成形的凸、凹模圆角　值　等），以评价目标要求（制件的形状功能要求，装配　功能要求、美学功能要求等）。同时对尚不能进行优　化的设计（如：压料面形状、冲压方向等重要设计变　量）进行确认和评价。　（２）采用网格试验法　（Ｓｃｒｉｂｅｄ　ｃｉｒｃｌｅ　ｔｅｓｔ．　ｓ　）在模具试模过程中得到各部位在复杂变形情　况下的应变分散线ＳＣＶ曲线，参照成形模拟结果　对试模过程中出现的问题进行分析和判断。并用　以判断在改变某项设计变量时，对成形是有利、无　利或无效。同时还采用网格试验法帮助测定成型　

图２拉延工序件的工艺补充设计　难易。　在无材料流人的情况下：　∑卅）＝（Ｌ（，）一２　｛　）×１０。％／ｌ　（ｒ）　式中：∑——总拉深量；　￡——凹模口内型面线长；　２一一凹模口内直线距离。　∑　＝９．５％∑　：２７．７％　此时拉深量实际为材料的平均变形量。对工　艺补充面设计基本要求，要顺利完成成形，就必须　要有足够的拉深量（延伸量＋材料流人量）。作为　

图３压边圈压合后材料的变形情况　首先考察拉延面设计的合理性，如图２示的　压料面型面的变化较大，最高点ｎ和最低点６之间　

维普资讯 http://www.cqvip.com 喻航等翼于扳成彤评估及模具调试　４ｌ　相差　：１１８ｍｍ。如图３示为模拟的压料面压合　后板料的变形状态（注：在模拟计算中已将拉延筋　作为数值筋处理，所以图中不出现拉延筋），从模拟　结果看，压料面夹持部分无过太局部变形、无皱摺　产生．在压边圈以内有不太严重的材料堆积，从成　形的过程来看对成形后的零件表面精度无不良后　果，可以认为压料面设计是合理的。如图４所示为　实际试模中的压料情形，对比可以看出模拟结果与　实际情况基本吻合。　

图４实际试模时材料的变形情况　在评估成形件以破裂、起皱为指标的成形的　难易时，模拟仿真进行了ｌＯ次不同条件的计算。　首先采用拉延筋锁死作为计算条件，观察计算　结果的合理性、评价工艺补充面设计的合理性、拉　延筋设计的合理性、零件上可能达到的最大应变的　部位，即成形危险部位。如图５示为这种条件下的　计算结果，在实际试模过程中得到了与模拟仿真相　似的冲压缺陷（如图６），根据破裂发生的部位及表　象来看，破裂出现可以看作是在凸模的顶部。可从　两方面来分析这一问题。　

图５拉延筋锁死状态　（１）从应变路径来看：应变路径处于平面应　变状态；　（２）从材料及应变分布来看，可能引起破裂　因素有　。。　：材料延伸率不足，材料流入量不足，　应变过于集中。　

图６实际调试结果　根据以上的缺陷产生的原因，从解决破裂人　手．使拉延面上的材料更容易、更平衡地流人凹模　口，以弥补由于材料流人量不足所造成的缺陷，针　对各种参数进行了多次模拟计算，据此对模具作了　以下调整：　（１）　降低拉延筋高度：将　从６ｎｍａ降至５—　３ｎｍａ；　（２）　去掉局部拉延筋，如图２中的ｃ、ｄ、ｅ　处；　（３）　调整板料外形及摆放位置；　（４）　加太凹模口　：Ｒ６加大至Ｒ８～Ｒ１２。　图２为设置双拉延筋的零件示意图，按上述修　正后的拉延筋所作的模拟分析来看，流人凹模内的　材料的流动速度无过太变化梯度，无起皱趋势。说　明拉延筋对材料流动速度的控制情况良好，因此拉　延筋的设计是合理的。　可以看出根据以上分析及对策，并采用模拟的　方法予以预见并在模拟中对各种参数进行修正计　算以确定避免破裂的对策，可有效地应用于试模过　程中，并取得了良好的效果。　图７为最终计算模拟结果，图８为最终调试成　功的拉延件。从图７可以看出在制件区域内有着　足够的变形量，制件的剐性得以保证。图９为该拉　延件的ＦＬＤ图，从图中也可以看出拉延件在所选３　个典型断面处具有理想的变形量。　所测得的最终成形件在纵、横两个截面处材　料的流人量分别为：以＝６８ｒｒａｎ；　＝９０ｒａｍ。其材　料流入率分别为：　＝５．３侣；　＝１７．２％。从而可　计算纵、横两个截面材料的平均变形量分别为：　ｅ　＝　一　＝４．２弱　Ｅ，＝∑　一　＝１０．５％　

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