搜索【autoform技術案例】以B柱為例進行系統性拉延筋設計
2019-04-19 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
金屬成形中拉延工序重要步驟之一是拉延筋的設計。拉延筋的位置和形狀必須得到仔細優化,以獲得一個穩定的工藝,用最少的材料生產出高質量的零件。但是汽車業內常見的操作是通過手動優化以獲取一個成功的設計。通過這種方法,需要進行連續的模擬以找到最佳拉延筋位置和形狀。然后根據一些質量標準手工評估多個模擬結果。這種反復試錯方式最主要的缺點是在做決定時缺乏透明度,得到有限的潛在工藝窗口信息。
另外,系統性工藝優化方法還可以發現和解決沖壓過程中遇到的關鍵問題。
通過一個汽車零件,將展示這個推薦的方法能提供透明度更高的拉延筋設計,提供在試模和生產階段成形工藝調試的關鍵信息。
從一個有效的拉延筋模型開始
由于在成形模擬中使用真實拉延筋需要很長CPU時間,更好更高效的解決方案是使用高級自適應虛擬筋模型(Advanced Adaptive Line Bead Model)。其優勢體現于拉延筋阻力和上舉力在模擬期間的不斷更新,和其他虛擬筋模型有所不同。
設計和試模階段的拉延筋減少策略
在大多數案例中,拉延筋需要調整。在概念開發階段,工程師可能改變拉延筋輪廓、數量并測試不同的幾何體截面。截面形狀的類型和定義主要根據公司標準來定義,但仍需要工程師調整以選擇合適的拉延筋幾何體。如下圖所示,凸筋和凹槽都可以通過調整截面得到最佳的阻力效果。通常凸筋和凹槽之間的間隙是固定的。·
圖一 減少策略-設計
真實模具試模期間,拉延筋可能被減少以達成最佳成形狀態和一個成功的成形工藝。在這種情況下,模具已被加工,通常的方法是打磨拉延筋以減小其阻力效果。在公司標準中也定義了這種減少策略,并且通常只允許打磨。例如,第一增加凹槽半徑以獲得理想效果。 如果這還不夠,接下來可以降低筋的高度。 通常,凹槽寬度保持不變。
圖二 減少策略-試模
在工程中,通過定義一個減少狀態的參數來控制拉延筋的變形,最開始是初始狀態拉延筋截面,通常呈現最強的阻力。減少狀態可以設定0(完全減小狀態,最小阻力)和1(初始狀態)之間的值。 當前拉延筋截面由減少狀態的值和減少策略中定義的相關參數確定。
圖3減少策略示例。 該策略規定首先增加凹槽流入圓角半徑(R1),然后在必要時減小凸筋高度(H),最后,如果拉延筋仍然太強,則增加凹槽流出圓角半徑(R2)。
應用實例
以真實零件B柱加強板為例。
圖四 測試HC180B的B柱,厚度0.8 mm,一出二
對于該零件,定義并計算了完整的模擬設置。 圖五顯示了成形性結果,可以快速了解成形問題。 結果顯示沒有開裂問題,但是零件沒有得到充分拉伸,并且存在可能導致部分起皺的增厚區域。 到目前為止還沒有指定拉延筋。
圖五 沒有拉延筋的基礎模擬成形性結果
為了改善當前結果,工藝設計的下一步是定義拉延筋,以不開裂的前題下使零件充分拉伸。模擬工程師當今的典型任務之一是確定這種拉延筋的有效分割。 結合已經描述的減少策略功能 - 將使用系統工藝優化方法。
減少策略定義如下:
1.將凸筋高度從5毫米降低到1毫米。
2.將凹槽半徑從2毫米加大到4毫米。
在減少狀態1的情況下:凸筋高度= 5毫米; 凹槽半徑= 2毫米
在減少狀態0的情況下:凸筋高度= 1毫米; 凹槽半徑= 4毫米
減少狀態被定義為設計變量,并且計算8個模擬。使用由這些多次模擬構建的元模型,模擬工程師能夠研究減少狀態對任何臨界區域的影響,例如: 通過圖六中所示的散點圖。該圖的Y軸表示最大失效 - 估算材料開裂幾率的結果變量。 背景顏色代表所需的限制,即必須避免紅色區域,因為材料將開裂,黃色接近臨界極限,材料可能產生頸縮,綠色是安全區域。 根據減少狀態的值,紫色曲線表示結果的趨勢,紫色圓圈表示當前變量值對應的結果。
圖六 在板料上選定的網格減少狀態和結果變量最大失效的關聯散點圖
這些信息允許工藝工程師選擇合適的拉延筋截面以獲得材料流動的最佳控制。這導致零件周圍拉延筋的有效分割。 例如,如圖六所示,當前減少狀態0.5不會得到一個安全零件,因為它位于紅色和黃色區域之間; 減少狀態應低于0.4,因為只有在那些情況下,“工作點”才會位于綠色區域。 在其他區域,需要調整其他減少狀態變量值。 總之,更好的局部減少狀態得到最終的拉延筋分段。
圖七 標識了拉延筋的分段
圖七顯示在這種情況下,零件周圍的七段拉延筋對于獲得成功且穩定的工藝必不可少。 其中六段淺綠色是兩段拉延筋之間的過渡區域。
識別拉延筋分割的驗證
在此分段之后,應該對每段拉延筋使用相同的減少策略來進行驗證分析。完成了七個設計變量的系統工藝優化分析。然后以半自動方式評估這些多次模擬的結果。選擇描述零件質量和性能的若干結果變量,并定義其所需的限制。在這種情況下,指定了開裂和起皺的極限。例如,如果最大失效值超過0.8(應變狀態比成形極限曲線低20%)并且減薄率大于25%,被定義為開裂極限。根據已定義的問題極限,可在問題檢查中自動找到問題、臨界和潛在臨界區域。對這些區域中的每一個進行交互式檢查,以確定在進一步評估中是否必須考慮所發現的問題。之后,基于已接受的問題自動得到可行的解決方案,該解決方案完全滿足所有要求的限制。
基于可成形性結果變量,圖八中展示了被推薦的減少策略設置的結果。可以看出,零件的拉伸被明顯改善,并且避免了所有開裂問題。
圖八 每段拉延筋減小策略的最佳值狀態下的成型性圖
圖九 不同減少策略狀態的拉延筋截面
最終,減少策略的每個值對應一個真實的拉延筋形狀,圖九所示兩段不同拉延筋的截面,與右圖拉延筋相比較,左圖拉延筋的阻力較大。
由于可以在上述概念和設計階段完成,因此可以擴展SPI方法,同時以噪聲變量形式考慮其它工藝過程相關的不穩定性。其中,一個典型的用法是在材料特性中設定公差。因此,當模具在沖壓生產線上工作時,拉延筋先后進行設計相關和噪聲相關模擬的減少策略確保了可靠的安全生產結果。
“該方法可以作為一種可靠的方法來獲得沖壓模具中拉延筋的優化設計。它由幾個定義明確的步驟組成,工藝工程師可以在拉延工序設計過程中輕松地完成這些步驟。該方法將工程循環的數量保持在最小,并提供了更多工藝窗口,調試和生產過程中可能的工藝控制的意見。”AutoForm技術產品經理Igor Burchitz先生如是說。
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