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1、 汽车工 艺与材 料 AUToM oBI LE TECHNOLOGY&M ATERL L 文 章编 号 ： 1 0 0 3 8 8 l 7 ( 2 0 0 2】 1 1 - 0 0 0 9 0 3 板材 数值模拟 技术在 冲压 件工艺 中的应 用 张 晓胜 ， 朴 英花 ( 1 第一 汽车 集 团公 司 车 身厂技 术发展 部 ， 吉林 长春 l 3 0 ol l ；2 长春 工程 学 院 ， 吉林 长春 l 3 0 0 2 1 ) 摘 要 ： 板 材 成形 数值模 拟 技术 近几 年 在 国外得 到 了 普遍 的 应用 ， 国 内 冲压领 域 也正 尝 试应 用 该技 术 指 导从 产 品开
2、 发 到 现生 产 冲压 工艺 的制 定与 优 化。 利用 D Y N AF O RM板 材 成形模 拟 软件 对 驾驶室 顶 盖纵 梁支 架 ( 5 7 0 1 0 6 4 2 4 0 ) 进行 成 形模 拟 ， 通过 不 同冲压 方 向两 种方 案 的模拟 对 比来 确定 合理 的方案 选择 。介绍 了以 预冲孔 来避 开剖 开工序 的困难 ； 利 用模 具结 构 的变 化采用 先 预 弯 、 后 翻边 的翻边 工 序结 构 ， 从 而避 免 了 翻边起 皱 、 拉 毛等 不 良结 果 ， 保 证 了零 件 质量 及 减轻 了模 具维修 的麻 烦 。 关 键词 ： 板材 ；数值模 拟 ；拉
3、延 ；翻边 中图分 类号 ： T G 3 8 6文 献标 识码 ： B 应用板 材成形模拟技术能够提前 预知板材成形 趋势 ， 对工艺方案 的确定有很 好的指导意义 。 在新 产 品设计过程 中 ， 在虚拟状态下进 行模拟 ， 并根据模 拟 的结果对产 品设 计进 行优化 ，不必等 到产 品试 制完 成 以后 再 进 行 实 验 、 鉴 定 和 改 进 ， 可 以大 大加 快 产 品 开 发 进 度 ， 缩 短 开 发 周 期 。 整 个 模 拟 过 程 是 同产 品设 计 、 开发 同步进行 的并行 工程 ； 同时 ， 板材 成形数 值 模 拟技术 可 以对 现 有模 具 的板 材 成形 进
4、行 模 拟 分 析 ， 得 出合理的修调解决方案 ， 提高产 品质量 。 l纵 梁 支 架两 种 冲压 方 向方案 驾 驶 室 顶 盖 纵 梁 支 架 ( 5 7 0 1 0 6 4 2 4 0 ) 如 图 l所 示 。该 件 为 2 0 0 2年载货 车驾驶 室生 产准 备零件 之 一 ，从形状 上看 为左 右对称 ， 从 成形 工艺 角度 ， 为保 证 拉 延 时 受 力 平 衡 ，采 用 先 成 双 拉 延 后 剖 开工 艺 比 较适合 。冲压方 向对此零 件的成形非常重要 。冲压 方 向 可 有 两 种 工 艺 方 案 供 选 择 ， 如 图 2所示 。 采用方案 l的冲压 方向 ，是
5、保证拉延成形后零 件剖 开容易实现 。但此 方案在板 料预弯后成形过程 中面积可能减少 ，这样 就不能保 证零件受拉应力 时 的塑性 变形 ， 零 件的强度与刚度也不 能得 到保证 。 该 方 案是 否可行可通过板材 成形数值模 拟来验证 。 采用 方案 2的 冲压方 向 ，可以保 证零件在拉延 过程 中受拉应 力成形 ， 零 件 的强度 、 刚度得 以保证 。 但此 方案两零 件剖开 时剖 面与 冲压方 向不一 致 ， 剖 开工序有 困难 ， 故有待进一 步研究 。 图 1驾驶 室顶 盖纵 梁支 架 ( a ) 冲压 方 向方案 l ( b ) 冲压方 向方 案 2 图 2冲压 - r -
6、艺方 案 收稿 日期 ： 2 0 0 2 0 5 0 6 作者 简 介 ： 张 晓胜 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 黑 龙 江集 贤人 ， 助理 工程 师 ， 1 9 9 8年毕 业于 哈尔 滨工 业 大学 焊接 工 艺及设 备 专业 ，主 要 从事 板材 成形 数值 模拟技 术 在冲压 工 艺上 的应用 。 2 0 0 2年第 1 1期 一 9 一 维普资讯 http:/ 张 晓 胜 等 ： 板 材 数 值 模 拟 技 术 在 冲 压 件 工 艺 中的 应 用 2方 案 l板材 成 形 数 值模 拟 验 证 在 传 统 的 板 材 成 形 过 程 中 ， 当模 具 设 计 及 制
7、造 完 成 后 ， 需 要 经 过 反 复 的调 试 ， 才能 得 到满 意 的 成 形 零 件 。 在 调 试 过 程 中 ， 一 些 成 形 缺 陷 ， 如 开 裂 、 起 皱 和 回弹 等 问题 ， 主 要 凭 借 模 具 工 程 师 的 经 验 ， 通 过 实 验 反复试错 才能解决 。 这种办法不但 降低了生产效率 ， 而 且 只 有 少 数 工 艺 人 员经 过 多 年 的经 验 积 累 才 能 掌 握 。 板 材 成 形 ，从 力 学 角 度 而 言 是 一 个 同 时包 括 几 何 非 线 性 、 材 料 非 线 性 、 接 触 和 摩 擦 的非 常 复 杂 的 力 学 过 程
8、 。 以往 人 们 在 分 析这 类 问题 时 多 采 用 基 于 塑 性 理论 的解析方法 。 由于其 复杂 ， 人们不得不作 出较 多的简化 与假设 ，这就使 理论分析 的结果 局限性较 大 ， 难 以得出整个变形过程 的解答 ， 特别是在计 算 回 弹和残余应力 时困难更大 ，这样就不得不依靠 实验 来弥补理论上 的不 足。运 用有 限元分析 的方法可 以 解 决 下 列 问题 ： 应 力 应 变 的计 算 与 防止 、 回弹 量 的计 算 与 补 偿 、 拉 裂 的预 测 与 避 免 、 起 皱 的 预 测 与 防 止 、 毛坯形状与尺寸 的设计计算 、 成形 力的计 算等。 对方案
9、1的冲压方 向进行 数值模拟分析( 见 图 3、 图 4、 图 5 ) ， 主 要 是 验 证 拉 延 过 程 中 板 材 是 否 存 在 拉应力 塑性 变形 ， 从 而保证零 件 的强 度 、 刚度 ， 避免 零 件 起 皱 。 一 1 0 一 图 3模 具 、 板 料 有 限 元 网 格 图 图 4网格 横向应 变状 态 图 图 5 网格纵 向应变状 态 图 由以上 图形 分析可知 ， 零件 虽没有起皱 ， 但 局部 区 域 存 在 压 应 力 变 形 ， 零 件 强 度 、 刚 度 得 不 到 保 证 ， 由此看来方案 1 是不合 理的 。 3方 案 2的确 定 方案 2的冲压方 向能够
10、保证零件 的质量 ，唯一 不理想的是零件剖开 困难 。 为此采取 拉延 前先落料 ， 在 后面剖开处 的部位先 冲出一 方孑 L 的方法 ， 这样 ， 在 剖开工 序中就避免 了斜楔 、 斜刃切开 而带来 的不便 。 最 后确定 以图 6所示工艺作 为该件成形方案 。 采用 该工艺方案既保证 了拉延 成形 ，又使剖开 工序容 易实现 。经仔细分析 图 6 c 成形翻边工艺 可 知 ， 4个边 同 时 翻或 先 翻 上 下 两 个边 ， 后 翻左 右 两 个边 ， 都会 造 成左右 两侧 R 角聚料 、 毛 刺大 等不 良 结果 。为此 ， 准备采用 以下工 艺方案 ： 先预弯左右两 边 ， 后
11、 翻上下两边 ， 这样就避免或减少 了起 皱现象 的 发生 。 成形翻边模具 的下模 凸模采用分体式 ， 中心镶 块可 以上下滑 动 ， 成形后 的零件先 预弯后翻边 。 4结论 a 通 过在 S G I工作 站 上应 用 DY N AF OR M3 - 3 板 材成形数值模拟 ， 得出方案 1冲压方 向的选择 ， 会 在拉延 区域 局部形成压应力 ，导致该 区域板料极易 起皱 ， 零件的强度 、 刚性得不到保证 。 因此 ， 确定方案 1 不 合 理 。 b 选择 方案 2冲压方 向能够 保证零件 的质量 ， 问题主要集 中在剖开工序 上 ，采取在落料工序 预先 冲 出 方 孑 L ， 方
12、孑 L的宽 度 尺 寸 比剖 开 刃 口尺 寸 大 1 mm， 以利 剖开工 序废料的彻底切 断。这样 ， 在剖开 工 序中就避 免了斜楔 、 斜 刃切开而带来 的制造 、 维修 上 的不便 。因此确定方案 2合理 。 c 图 6 c的成 形 翻边 ， 可通 过 改变 模 具结 构实 现 。 汽 车工 艺与材料 维普资讯 http:/ 张 晓 胜 等 ： 板 材 数 值 模 拟 技 术 在 申压 件 工 艺 中的 应 用 j_盔： 皇i A AA 一 硎 酬 ( a ) 落料 冲孔 ( b ) 拉延 成形 ! a鲁 量鹭 l 切 开 线 A ( e ) 成 形 翻 边 ； i 一旧一 苷 n
13、u ( d) 冲 扎 刮 开 ( e ) 冲扎 图 6纵 梁 支 架 成 形 工 艺 方 案 Ap p l i c a t i o n o f Nu m e r i c a l S i m u l a t i o n Te c hn i q u e o f t h e S h e e t o n S t a m p i n g Te c h n o l o g ym p i n g e c h n o l o g y ZHANG Xi a o -s h e n g ， PI AO Yi n g -h u a 2 ( 1 T e c h n o l o g y De v e l o p me n
14、 t De p o f C a r B o d y p l a n t ，F AW ，J i l i n C h a n g c h u n 1 3 0 01 1 ，C h i n a； 2 C h a n g c h u n E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， C h a n g c h u n J i l i n 1 3 0 0 2 1 ， C h i n a ) ( 责任 编 辑 良文) l， 一 ” 一 “ 一 ” 一 ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” ” 一 ” ” ” ” 、 + i 吉 林 省 压 罅 技 术 协 会 第 三届
15、 年 会 j ! 暨 镁 合 金 压 铸 技 术 研 讨 会 隆 重 召 开 ； 吉林省压铸技术协会第三届会暨镁合金压铸技术研讨会于 2 0 0 2 年 1 0 月 2 4 2 6 日在长春一汽宾馆隆 ： 重 召 开 。 ! 本届年会总结了年度工作， 香港力劲机械厂有限公司的代表专题介绍了有关镁合金压铸技术方面的 j 专业知 识及 技术。期间， 国内 外知名专家光临了 此次大会， 发表专业技术演 讲、 产业信息等。 本次会议对 中国的压铸技术、 特别是镁合金压铸技术起到了极大的推进作用。 ； ( -q 洁 报道) 一卜 一 卜 卜 一 卜 一 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +、 + +一 +- + 2 0 0 2年 第 1 1 期 维普资讯 http:/