【摘要】：以某型號微型面包車的前地板拉延成形過程為例,對材料特性進行分析,并建立數(shù)學建模后,進行沖壓模擬分析。選取沖壓成形工藝參數(shù)中的壓邊力、凸凹模間隙和拉延筋高度3個因數(shù)進行正交試驗分析,以坯料的局部最小厚度為優(yōu)化目標值,以防止產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。沖壓數(shù)值模擬分析表明,壓邊力最顯著,拉延筋高度為其次,凸凹模間隙為最次。為保證前地板沖壓成形的均勻性,最佳工藝參數(shù)為壓邊力950 k N、凸凹模間隙0.84 mm、拉延筋高度6 mm,并對前地板零件進行驗證。驗證結(jié)果表明,成形表面較為光順,且無裂紋,雖在曲率變化較大的區(qū)域有少量褶皺外,但沖壓質(zhì)量完全符合前地板設(shè)計要求。
【圖文】：

?自定義材料特性如表1所示，其結(jié)構(gòu)形狀的長度和寬度尺寸較大，而厚度相對較薄，可以將零件的厚度方向作為拉深方向。該沖壓件在一定程度上呈ZC軸向?qū)ΨQ性，兩側(cè)沖壓進料阻力基本相同，以最小的拉延深度一次拉延工藝完成。表1坯料自定義材料特性Table1Definedmaterialperformanceofblank參數(shù)數(shù)值密度/(kg·m－3)7850彈性模量/GPa207泊松比μ0.28各向異性系數(shù)Ｒ0=1.87，Ｒ45=1.27，Ｒ90=2.17坯料厚度/mm0.8摩擦系數(shù)0.12該零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件的孔位、凸緣、圓角等較多，所構(gòu)建的三維模型如圖1所示，保存成IGES通用格式，便于其他工程數(shù)模軟件數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換。圖1某汽車前地板三維模型Fig.1Three-dimensionalmodeloffrontfloorforautomobile利用Dynaform軟件對汽車前地板模型的表面自適應(yīng)曲面網(wǎng)格劃分、修改和優(yōu)化等，毛坯輪廓排樣展開，根據(jù)沖壓工藝確定凹模(原前地板的下表面)、凸模(設(shè)置凹模間隙自動生成)和壓邊圈等，定義材料、受力設(shè)置相關(guān)參數(shù)進行模擬分析。1.2正交試驗設(shè)計在沖壓成形過程中，壓邊力較多容易產(chǎn)生拉裂、翻邊起皺、壓凸包破裂等缺陷，凸凹模間隙和坯料的拉延筋高度將分別影響坯料的流動能力和料厚分布，從而影響沖壓件成形質(zhì)量。1.2.1壓邊力薄板類覆蓋件采用拉延工藝后的主要缺陷為起皺和破裂。壓邊力的控制值是工藝重要參數(shù)之一，其對于提高成形質(zhì)量有著重要的意義。壓邊力和坯料和壓邊圈間的摩擦力成正比關(guān)系，壓邊力越大，則坯料流動越困難，易拉裂，反之容易產(chǎn)生皺折。汽車前地板變形區(qū)的變形較為復(fù)雜，圓角和直邊的應(yīng)力分布不均勻，文獻［2］～文獻［3］也表明，該形狀(類似盒形件)壓邊力的計算比圓筒形件壓邊力計算復(fù)雜且多變。最大壓邊力Q(N)的近似公式為:Q=k·F?

表2沖壓工藝的正交試驗的因素與水平Table2Factorsandlevelsfororthogonaldesignofstampingformingprocess因素水平123壓邊力A/kN750850950凸凹模間隙B/mm0.80.840.88拉延筋高度C/mm6782沖壓數(shù)值模擬與試驗驗證2.1數(shù)值模擬結(jié)果分析Dynaform軟件模擬汽車前地板單動沖壓過程，沖壓前模具位置關(guān)系如圖2所示，其中坯料在上壓邊圈的下方，在圖中未顯現(xiàn)。圖2拉延沖壓模具位置關(guān)系Fig.2Schematicdrawingofpositionofpunchingdie由于需要評價拉延成形質(zhì)量，選局部最小厚度為評價指標，以判斷是否有局部拉裂的可能性，一般情況下最小厚度若低于坯料厚度的80%，則可能出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象［6］，，因此要求坯料最薄厚度不得低于0.64mm。設(shè)計的正交試驗直觀分析如表3所示。表3正交試驗方案及結(jié)果Table3Schemeandresultsoforthogonaldesign組號ABC最小厚度/mm11110.63821220.64631330.65242120.63952230.67262310.65873130.67383210.68793320.651k10.6450.6500.661—k20.6560.6680.645—k30.6700.6540.666—Ｒ0.0250.0180.020—由表3可知，組號1、2和4坯料可能被拉裂，拉延筋高度的3個水平都能滿足坯料拉延沖壓的質(zhì)量。以直觀分析法得出最佳的沖壓參數(shù)組合為A3B2C1，即壓邊力950kN、凸凹模間隙0.84mm、拉延筋高度6mm。根據(jù)極差Ｒ的大小判斷各因素對試驗評價指標的影響主次。Ｒ值越大，表明對沖壓質(zhì)量的影響越大，由此判斷出壓邊力最顯著，為關(guān)鍵因數(shù)，拉延筋高度為其次因數(shù)，凸凹模間隙為最次因數(shù)。圖3為3個不同組號的成形極限圖。由圖可以看出:組號4在中間凸出處已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的破裂;組號6則有較多的破裂傾向，均發(fā)生在坯料的曲率半徑變化較大的凸出部分;而組號8的坯料厚度分布
【作者單位】： 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院汽車與機械工程學院;浙江科技學院機械與汽車工程學院;
【基金】：浙江省自然科學基金資助項目(LY13E050112) 浙江省科技廳公益技術(shù)研究項目(2013C32099)
【分類號】：U466;TG386

【參考文獻】

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本文編號：2543845