側圍板料開裂及對應模具分析

2017-01-04 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在我國汽車市場繁榮的今天,世界汽車巨頭紛紛投資搶占市場,然而使用進口的原材料對于當前急需降成本的汽車企業來說卻是一個相當重的負擔。在汽車生產過程中,實現材料國產化,無疑是降低汽車生產成本的有效措施。但是,一輛汽車融合了諸多先進的生產技術,要想實現材料國產化,需要相關企業開展更廣泛的協同合作。

我廠在某車型的生產中,發現車身側圍導入國產化材料后,頻繁出現開裂現象,尤其以右側圍最為嚴重。為了解決這一板料開裂問題,我廠技術人員通過對該車型右側圍展開的一系列試驗分析,最終找到了解決此類問題的方法。

材料分析

為了更準確地找到側圍板料開裂的原因,技術人員對兩廂和三廂汽車側圍材料進行了比較,開展生產調查。

通過實際生產調查,統計生產總量和殘次品的數量,見表1。從表1中可以看出,車輛側圍缺陷主要是開裂和頸縮。經過現場調試,左側圍通過調整氣墊壓力或平衡塊,問題可以消除;右側圍在添加了2次平衡塊的墊片后,依然開裂,問題沒有解決。

產品的數據分析

板料在成形過程中受拉伸,厚度方向會減薄。接下來,技術人員調查了板厚殘存。圖1中所示A處開裂部位板厚比較(材料厚度0.7mm,測量誤差約0.02mm,誤差率0.02/0.7=2.9%),見表2。

圖1 兩廂車側圍板料開裂

不同車型左右側圍A處數據

根據外觀檢查標準:外板件板厚殘存率低于70%,屬于拉薄V2;而75%以下屬于V3u項,隨著生產的繼續,極有可能發生拉薄、拉裂現象,所以需要進行改善。

模具狀態調查

該車型側圍零件在生產中由4道工序完成,分別是PB,拉延成形;PC,二次成形,修邊(工藝補充的切除);PD,二次成形,修邊沖孔;PE,翻邊,沖孔。

1.PB模的結構

拉延模基本上由三大件組成:凸模、凹模和壓邊圈。拉延工藝可將平直毛料或工序件變成曲面形。凸模是沖模中起直接成形工件作用的凸形工作件;定位擋板決定材料的位置;平衡塊可以調節上下模的間隙,起到約束力調整和吸料的作用;拉延筋控制材料的流動,調節進料阻力。模具結構如圖2所示。

圖2 模具結構

2.圓形平衡塊接觸面積調查

通過對圓形平衡塊接觸面積調查,得到如表3所示數據。從表3可以看出,平衡塊接觸面積均在30%以上,符合規定要求。

平衡塊接觸面積調查數據

3.拉延筋間隙調查

測量方法為:鉛絲旁放40mm×40mm的方板,標準壓力下進行沖壓,測量沖壓后的鉛絲各部分厚度以獲得拉延筋間隙。測量部位及拉延筋形狀如圖3所示(鉛絲1.6mm圓形,材料板厚t=0.7mm)。按模具圖示共測量15處鉛絲數據,實際測得數據如表4所示。

拉延筋間隙調查

從表4中得知,拉延筋間隙的標準是板厚+0.2mm,大部分都在公差范圍之內。

4.開裂破壞實驗結果

所有平衡塊抽出0.1mm墊片,無墊片就取消平衡塊。觀察開裂拉薄等處,有無接觸較緊的部位。經過試驗發現有2處壓料較緊,已適當放松;并且實驗中即便有拉裂或頸縮,板厚也沒有再變薄。

圖3 測量部位及拉延筋形狀

通過以上對模具和材料的調查試驗,我們發現以下幾個特點:幾個部件在圖1的A位置,板厚殘存率均在75%以下;R/L(左右件)無差別;平衡塊接觸達30%以上;拉延筋間隙沒有在基準以下的;沒有過緊接觸。

網格應變分析

在正常的模具狀態下,我們采用網格應變分析方法對工件的成形過程進行模擬。一般鋼板沖壓成形中的3種變形方式:拉壓變形、平面變形和雙拉變形,分別對應3種應變狀態:e2<0,e2=0,e2>0。

圖4 危險區域分布

詳細步驟如下:在板料上腐蝕出圓形網格,坯料沖壓成板件,測量零件上危險區域的應變分布(見圖4),將測得數據填入材料的成形極限圖中分析成形安全裕度。其中,對于應變分布的測量我們是用軟尺對成形后的圓測量。圓變成橢圓,橢圓的長徑是最大延伸,短徑是最小延伸。與成形前的圓半徑比較,短軸用負值表示,計算相應的工程應變,工程應變=(Df-D0)/D0×100%。用進行網格分析的各項參數,對測得的數據進行計算,算出工程主、次應變,e=△L/L0,如表5和圖5所示。

圖5 正常狀態,與FLC接近的點是破裂危險點

各部位所得數據

根據測得的數據,對主、次工程應變進行分析,并依照廠家提供的FLD(成形極限圖),在10%安全裕度的情況下,區域E(見圖4)是處于危險區域,這與實際情況吻合。

由以上調查測量結果分析得出E部位是成形破裂危險點,而且模具的成形分析也表明,門框下方是破裂危險點。

根據上述對模具的調查、網格分析及日產的CAE成形分析,技術人員提出了下一步的改進方案:準備將門框處的R角放大。首先,我們考慮了放大R角后對總裝工程的影響,經過總裝相關人員現場調查,發現放大此處R角到30mm左右,后續工程裝配無影響。

根據預測板厚減薄率的經驗公式,并通過實際測量得出的數據,計算板厚減薄率:

板厚殘存率=58.356-0.180×RS-0.209×r1-0.136×θ1-0.525×L+0.197×H

R角的驗證

根據實際測量(見圖6),得出數據r1=23、RS=122.13、θ1=90、L=9.93、H=68.85,代入公式可得:

板厚減薄率=27.63%。

設想將r1=23mm放大至30mm,進行計算可得:

板厚減薄率=26.21%。

可以看出,減薄率有1.42%的改善,此法可以實施。

結語

通過調查拉延模平衡塊接觸、拉延筋間隙、不同閉合高度下材料的流動及網格應變分析,針對這個問題得出結論:擴大局部R圓角,成形后板厚增加,破裂的危險消除,從而解決了國產板料頸縮、拉裂的問題。 (end)

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