基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板制件參數化的回彈補償解決方案

2017-01-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

曹振雨,劉萬林,郭建峰,許德慶

山東小鴨精工機械有限公司(山東濟南25000)

摘要:根據Autoform軟件對汽車高強板零件沖壓工藝的CAE回彈仿真分析結果,運用ThinkDesign軟件中GSM(Global Shape Modelling)功能,自動實現工藝數模的回彈補償,并且將回彈補償后的工藝數模再次運用Autoform軟件進行沖壓工藝的CAE回彈仿真分析,驗證回彈補償是否足夠、正確。并且以實際案例表述了這種參數化回彈補償的解決方案。
關鍵詞:Autoform;ThinkDesign;GSM功能;參數化;回彈補償;高強度板;汽車后地板縱梁;

The Parameterized Springback Compensation Solution of automotive high-strength board Based on the ThinkDesign and Autoform

Abstact: Based on CAE springback simulation analysis result of automotive high-strength board’s stamping process using Autoform software,use GSM(Global Shape Modelling) function in ThinkDesign software, realize springback compensation of process analog automatically,and use the Autoform again to do CAE springback simulation analysis with the process analog after springback compensation, to validate if the springback compensation is enough and correct.And describe the solution of the parameterized springback compensation with practical cases.

Keywords:Autoform;ThinkDesign;GSMfunction;Parameterized;Springback compensation;High-strength board;Longitudinal beam in the back automobile floor;

1.引言
目前隨著汽車輕量化和高安全性要求的不斷提高,高強度板零件在汽車車身零件中的比重越來越大。高強度板零件在沖壓成形中,面臨的最大困難是回彈的控制與補償,一般的沖壓工藝方案生產出的高強度板零件往往都存在著很大的回彈,而且回彈量嚴重的超出產品所要求的公差范圍,嚴重影響了零件的焊裝。而基于板料成形CAE軟件對高強度板零件進行沖壓工藝分析和回彈分析,得出回彈的仿真結果后,設計者根據回彈的仿真結果再運用CAD軟件進行手動回彈補償設計,整個修改過程需要反復修改、驗證,非常費時、費力,準確性較低,而且可能影響甚至改變產品曲面本身的質量。
2. 汽車高強板零件參數化的回彈補償解決方案
2.1 ThinkDesign軟件中GSM功能簡介
ThinkDesign軟件中GSM功能指的是全局形狀建模技術,即Global Shape Modelling,通常簡稱GSM。利用GSM功能,能夠快速準確的進行曲面的設計和修改,根據回彈結果,可以對局部或者全部的曲面進行高速的修改,更關鍵的是修改后重新生成的曲面能夠保持和原先型面相同的曲面拓補結構和曲面質量。
2.2參數化的回彈補償解決方案
運用Autoform軟件對高強板零件進行參數化的沖壓工藝全工序設計、分析以及回彈分析,確定出產品最優的沖壓工藝方案,獲取CAE回彈仿真分析結果,然后依據Autoform軟件的CAE回彈仿真分析結果,運用ThinkDesign軟件中GSM功能,自動實現工藝數模的回彈補償,生成回彈補償后的新曲面,然后將回彈補償后生產的新的曲面再次運用Autoform軟件進行沖壓工藝分析以及回彈仿真分析,驗證回彈補償是否足夠、正確。如果回彈量依然超差,將再次輸出新的CAE回彈仿真分析結果,再運用GSM功能生成新的回彈補償后的曲面,然后再運用Autoform軟件進行CAE回彈分析驗證,直至獲得公差范圍內允許的回彈量。最后,將滿足產品回彈公差范圍的回彈補償面輸出,在CAD軟件中進行沖壓工藝的精細化設計,滿足加工、編程、生產的需要。參數化的回彈補償解決方案流程圖,如圖1所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板制件參數化的回彈補償解決方案autoform培訓的效果圖片1

3.汽車后地板縱梁回彈補償案例
本文以汽車后地板縱梁參數化的回彈補償過程為例,闡述參數化回彈補償解決方案的流程。
3.1零件相關參數
本文案例后地板縱梁,材質B250P1,料厚為1.8mm,零件外形尺寸約為1786mmX144mmX277mm。所用材質B250P1為加磷高強度冷連軋鋼板,屈服強度在250Mpa-360 Mpa之間,抗拉強度不小于440 Mpa。
3.2基于Autoform設計、分析沖壓工藝及結果
本文案例后地板縱梁沖壓工藝共三序,分別是OP10 DR(拉延)、OP20 TR+PI(修邊沖孔)、OP30 TR+BUR+C-TR(修邊翻孔側修邊)。運用Autoform設計的未做回彈補償的全參數沖壓工藝CAE分析結果如圖2所示,以及回彈仿真分析結果如圖3所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板制件參數化的回彈補償解決方案autoform汽車仿真圖片2

如圖2所示,本文案例后地板縱梁沖壓工藝CAE分析結果非常理想,但如圖3所示,回彈量在-0.93mm--+2.24mm。此產品型面公差要求為:焊接配合面型面公差為±0.5mm,一般面公差為±0.8mm。因此,除了產品頂部型面回彈量在回彈公差范圍以內,產品大部分區域回彈量均超過了產品公差范圍要求。
3.3基于ThinkDesign設計生成新的回彈補償面
將Autoform軟件中本產品的CAE回彈仿真分析結果輸出,運用ThinkDesign軟件輸入,并使用ThinkDesign-GSM功能生成回彈補償面。根據CAE回彈結果,產品頂部型面的回彈量在回彈公差范圍之內,因此產品頂部型面可以不做回彈補償,只需要將回彈量超差的區域進行回彈補償,即利用GSM功能進行局部的回彈補償,生成新的回彈補償面。如圖4所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板制件參數化的回彈補償解決方案autoform汽車仿真圖片3

將運用ThinkDesign-GSM生成的回彈補償面與原產品型面相對比,查看兩者的差別。如圖5所示,底部曲面為回彈補償后重新生成的曲面,上部型面為原產品型面。因ThinkDesign軟件本身的功能優勢所在,重新生成的曲面能夠保持和原先型面相同的曲面拓補結構和曲面質量,因此回彈補償生成的新的曲面將保持和原型面一致的曲面拓補結構和曲面質量。

基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板制件參數化的回彈補償解決方案autoform汽車仿真圖片4

3.4再次基于Autoform設計、分析沖壓工藝及結果
將運用ThinkDesign-GSM生成的回彈補償面輸出,并在Autoform導入替換相對應的曲面,因為在Autoform中使用了全參數化的工藝設計和分析,因此將相對應的曲面替換后,軟件將直接更新再次重新生成新的工藝并進行CAE分析。第一次使用回彈補償面后設計的沖壓工藝CAE結果如圖6所示,以及回彈仿真分析結果如圖7所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板制件參數化的回彈補償解決方案autoform鈑金分析圖片5

如圖6所示,進行回彈補償之后的本文案例后地板縱梁沖壓工藝CAE分析結果也非常理想。而且如圖7所示,回彈量在-0.19mm--+0.16mm,并且產品焊接配合面絕大部分的型面回彈量僅僅在-0.07mm---0.02mm之間,遠遠小于產品型面公差要求的范圍。因此,不需要再次進行回彈補償處理,可以判定第一次運用ThinkDesign-GSM進行的回彈補償的設計可行,最后將ThinkDesign-GSM生成的回彈補償面輸出,在CAD軟件中進行精細化的沖壓全工序設計。
實際生產出的本文案例后地板縱梁符合檢具檢查要求,并且完全滿足焊裝要求。實際生產的產品如圖8所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板制件參數化的回彈補償解決方案autoform鈑金分析圖片6

4.小結
綜上所述,基于ThinkDesign及Autoform的汽車高強板零件參數化的回彈補償解決方案,實現了回彈補償的參數化的設計和調整,即保證了產品本身曲面的質量,更提高了回彈補償的準確性、可靠性,大幅度的節省了工程師的設計、修改時間,大大提高了工作效率,是一種快速、準確、有效的高強板零件的回彈補償方案。

參考文獻:
[1] 林通. Autoform4.0鈑金沖壓成形分析從入門到精通[M].北京:機械工業出版社,2009
[2]鐘廷志.新編常用金屬材料手冊[M].北京:人民郵電出版社,2008

作者簡介:曹振雨,男,1984年生,山東濟寧人,助理工程師,2005年參加工作,研究方向:汽車覆蓋件、結構件模具CAD、CAE。

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