基于AutoForm分析零件成形時沖擊線的控制方法【轉(zhuǎn)發(fā)】

2019-04-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

對于汽車外覆蓋件,其外觀質(zhì)量尤為重要。外觀零件的質(zhì)量缺陷如沖擊線、滑移線等,在涂裝工藝后,肉眼觀察清晰可見,嚴重影響零件的外觀質(zhì)量。對于車身A面零件,通常會在沖壓工藝方案制訂前期重點考察,通過多項CAE評判指標對沖擊線進行評價,使其減輕或留在非外觀面區(qū)域。否則,后期對拉深模進行大范圍整改會造成大量人力、物力的浪費。

現(xiàn)針對某車身B面零件的表面質(zhì)量缺陷進行整改,因前期未對側(cè)圍外板與舉升門搭接區(qū)域的B面流水槽處零件進行成形分析,工藝方案設(shè)計階段也未進行沖擊線考量,導致成形零件不能滿足要求。以下在保留原拉深模的基礎(chǔ)上對其結(jié)構(gòu)進行局部改進使其達到質(zhì)量要求,整改過程具有很大的局限性和挑戰(zhàn)性。

//沖擊線//

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沖擊線產(chǎn)生原因

沖擊線是在拉深成形過程中,板料與凹模或拉深筋接觸時,由于凹模圓角局部應力集中,在材料表面產(chǎn)生局部硬化從而形成沖擊痕跡。在零件的后續(xù)成形過程中,這些沖壓的帶狀痕跡會隨著材料的流動而移動,最終在板件上形成帶狀撕裂。

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沖擊線的類型

沖擊線產(chǎn)生的形式及分類較多,總體上可分為一次沖擊線和二次沖擊線。一次沖擊線是凹模入模圓角在板料上產(chǎn)生的沖擊線,如圖1所示。

圖1 一次沖擊線產(chǎn)生

圖2 二次沖擊線產(chǎn)生

二次沖擊線是由非凹模入模圓角上的凸模產(chǎn)生的沖擊線,一般是由于零件自身的特征R角產(chǎn)生,如圖2所示。

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沖擊線質(zhì)量問題的解決思路

通常情況下,沖擊線的產(chǎn)生是不可避免的,通過實際經(jīng)驗,沖擊線的解決思路主要有2個方面:①通過減小凹模圓角的表面接觸應力,從根本上避免沖擊線的產(chǎn)生;②通過降低壓料面的形狀或增加1個二級臺階,以減少沖擊線過多的流入外觀面。

//AutoForm軟件的沖擊線判斷方法//

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投影測量法

首先,在AutoFormR7版本的Evaluation選項卡中,選取SkidLines評價,再通過AddToolLine選取凹模工具體上成形圓角的點,軟件會自動生成模具的標記線,最后點擊Apply生成沖擊線產(chǎn)生的區(qū)域。

通過此方法可明確標記出凹模圓角或凹模圓角在板料上流過的區(qū)域,基本可以確定沖擊線產(chǎn)生的范圍。但并不是凹模成形圓角所流過的區(qū)域都會產(chǎn)生沖擊線,需要考慮材料表面的最大接觸應力,并結(jié)合其他參數(shù)進行判斷。

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最大接觸應力及反彎曲應變

最大接觸應力反映了在整個成形過程中,凹模圓角或凸模圓角加載在板料上的最大法向接觸應力,如圖3所示。接觸應力過大會導致板件開裂,也可能導致劃傷,即沖擊線,影響零件的表面質(zhì)量。

圖3 最大接觸應力示意圖

最大接觸應力的默認值為40MPa,通過默認值可以查看沖擊線產(chǎn)生的區(qū)域范圍,在此變量的顯示下,凸模圓角產(chǎn)生的最大接觸應力也會顯示在板件上,但因其未滑過圓角且在反面,不會產(chǎn)生沖擊線。

反彎曲應變是成形過程中曲率的減小,其值是成形過程中最大曲率減去當前曲率,再乘以料厚的一半,即反彎曲應變=(最大曲率-當前曲率)×料厚/2,只要曲率一直保持增長,其反彎曲應變?yōu)?,一旦曲率減小,反彎曲應變將會顯示出相應的差值。

反彎曲應變?yōu)闊o單位參數(shù),通過軟件在結(jié)果設(shè)置中勾選,在CAE結(jié)果中查看,其默認上限值為0.05,超過0.05可以看到?jīng)_擊線流過的區(qū)域。

//應用實例//

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沖擊線問題工藝方案設(shè)計

前期未對工藝方案中的沖擊線進行管控及評估,如圖4所示,零件深色區(qū)域為整車外觀的B面,即舉升門開啟后的外觀可見面。流水槽零件如圖5所示,材質(zhì)為CR340,料厚0.75mm。

圖4 流水槽所處的外觀區(qū)域

圖5 流水槽零件

零件的整體成形工藝方案為:①拉深、切邊;②沖孔;③翻邊;④翻邊側(cè)切邊、側(cè)沖孔;⑤側(cè)翻邊、沖孔。其中外觀面底部圓角R3.75mm為一次成形,工序①未放大R角,但此R角在后工序仍有壓料器進行整形。

沖擊線產(chǎn)生的根本原因是:凹模圓角與板料的表面接觸應力過大,在材料表面產(chǎn)生的亮痕隨著拉深深度的增加,沖擊線流入外觀面。

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零件的沖擊線與CAE的對比分析

圖6所示為產(chǎn)生沖擊線的零件,肉眼在自然光下觀察可見局部區(qū)域存在沖擊線缺陷,無法滿足外觀質(zhì)量需求。

圖6 現(xiàn)場零件沖擊線

圖7 投影測量法顯示的沖擊線

圖7所示為流水槽出現(xiàn)質(zhì)量問題CAE源文件,采用投影凹模測量法,可明顯看出沖擊線流入外觀面的區(qū)域。

通過調(diào)整反彎曲應變參數(shù),由于成形過程中零件成形表面曲率的減小,可明顯看到?jīng)_擊線產(chǎn)生的區(qū)域,如圖8所示。

圖8 反彎曲應變變量下顯示的沖擊線

通過調(diào)整最大接觸應力變量,可明顯看到?jīng)_擊線產(chǎn)生的區(qū)域與上述一致。由此可知,利用AutoForm軟件在工藝方案設(shè)計前期進行分析可準確預測沖擊線產(chǎn)生的結(jié)果,可為后期模具零件型面的整改提供可靠依據(jù)。

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沖擊線問題的整改思路

根據(jù)上述分析,避免沖擊線產(chǎn)生的解決方案:①減緩或不讓其產(chǎn)生;②讓沖擊線避免流入外觀面。

01采用第1種方案并用CAE軟件進行整改方案的輔助設(shè)計驗證。

第一步:將產(chǎn)生沖擊線的R角在工序①成形圓角放大,由R3.75mm改為R5mm,放大圓角局部的最大接觸應力面積大幅縮小,反彎曲應變也減小。由此可知,放大成形圓角對減小沖擊線具有明顯的改善作用。

第二步:采用投影凹模測量法,檢驗成形圓角流過的范圍。由圖9對比可知材料流過成形圓角的范圍一致。

(a)R角放大后

(b)R角放大前

圖9 成形圓角流過的范圍

綜合CAE仿真結(jié)果的對比可知,放大局部成形圓角能有效減少沖擊線的產(chǎn)生,同時流過成形圓角的材料范圍沒有變化。

圖10 放大成形圓角后的零件

凹模成形圓角通過機械加工放大成形圓角至R5mm后進行現(xiàn)場試模,如圖10所示,能減少部分沖擊線流入零件B面,但仍在尾部有部分沖擊線存在,需持續(xù)優(yōu)化。

02采用第2種方案,采取減小沖擊線一側(cè)的材料流入即減少流過成形R角的材料,同樣采用CAE軟件進行先期整改方案的輔助設(shè)計,在AutoForm軟件中創(chuàng)建并增加一條實體筋同時放大成形圓角至R6mm。根據(jù)CAE結(jié)果可知產(chǎn)生的最大接觸應力基本控制在圓角范圍內(nèi),且反彎曲應變值也在可接受范圍內(nèi)。

最終具體方案實施

圖11 整改前后的零件對比

凹模成形圓角放大至R5mm,同時壓邊圈通過機械加工、燒焊、增加一條拉深筋后,保證了沖擊線留在非外觀面的區(qū)域,整改前后的零件對比如圖11所示。

▍原文作者:祝林,鄭德兵

▍作者單位:泛亞汽車技術(shù)中心有限公司

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