CN105426629B - 一种汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法 - Google Patents

一种汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法。该方法将冲压行程分解为刚体模具成形和可变形模具成形两个阶段，通过刚体模具成形仿真计算，将坯料冲压到接近零件形状，然后在此基础上应用可变形模具仿真计算，冲压获得零件的最终形状，同时获得凸模、凹模和压边圈的强度计算结果。该方法避免了复杂的载荷映射计算，同时相比较直接采用可变形模具进行成形计算又可以大大节约计算时间。

Description

一种汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法
技术领域
本发明涉及一种汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法。
背景技术
拉延是汽车覆盖件冲压成形最为重要的工序之一，拉延模具的强度直接关系到模具的使用寿命和汽车覆盖件冲压质量的好坏。汽车覆盖件在拉延时模具的受力逐渐增大，直到行程结束时达到最大。拉延模具所受的力来源于板料表面相对于模具型面的接触力，由于拉延零件形状变化很大，因此拉延过程零件各处变形不均匀，使得该接触力的大小及在模具型面上分布也不均匀。同时由于拉延仿真过程中凸模、凹模和压边圈均设置成刚体，因此无法通过冲压成形仿真获得模具的结构强度计算结果。
拉延模具结构强度计算可以采用载荷映射法进行计算，该方法首先通过冲压成形仿真对拉延进行模拟计算，获得坯料各节点的接触力，然后将各节点的接触力映射到划分实体单元的凸模、凹模和压边圈型面的节点之上，再进行结构强度仿真计算。该方法计算复杂，需要自行编制程序进行载荷映射，一般的模具设计工程师无法实现。除此之外，拉延模具结构强度计算还可以采用划分实体单元的凸模、凹模和压边圈直接对板料进行冲压成形仿真计算，在获得板料冲压结果的同时也可以获得凸模、凹模和压边圈的结构强度计算结果，但由于参与计算的网格数量多，且冲压成形本身计算的时间长，因此该方法效率非常低。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种新的汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，该方法将冲压行程分解为刚体模具成形和可变形模具成形两个阶段，通过刚体模具成形仿真计算，将坯料冲压到接近零件形状，然后在此基础上应用可变形模具仿真计算，冲压获得零件的最终形状，同时获得凸模、凹模和压边圈的强度计算结果。该方法实施简单，避免了复杂的载荷映射计算，同时利用了刚体模具成形计算效率高的特点，相比较直接采用可变形模具成形计算又可以大大节约计算时间。
一种汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，包含以下步骤：
步骤1：针对汽车覆盖件进行工艺分析，确定拉延工艺及模型；
步骤2：构建拉延仿真模型，将凹模、凸模和压边圈设置为不可变形的刚体，将坯料设置为可变形材料，然后进行拉延仿真计算；
步骤3：根据拉延仿真计算的结果进行工艺参数调整，确定可满足拉延工艺要求的冲压工艺参数，获得准确的总冲压行程S毫米；
步骤4：以调整好的工艺参数再次进行拉延仿真计算，将冲压行程设置为总冲压行程S-A毫米，A为剩余的冲压行程，得到初步成形的零件坯料，剩余的冲压行程A为1～3mm；
步骤5：将凸模、凹模和压边圈根据各自的材料类型分别设置成可变形体，以步骤4冲压出来的初步成形的零件坯料继续拉延成形，直到凸模和凹模闭合到位，完成最后剩余的行程A；步骤6：将凸模、凹模和压边圈的仿真结果输出到仿真计算后处理软件获得凸模、凹模和压边圈相应的应力云图。
进一步的，在步骤1中，根据汽车覆盖件的零件的具体形状确定拉延工艺是单动模式还是双动模式，同时确定拉延工艺模型的冲压方向、压料面。
进一步的，在步骤2中，取凸模、凹模和压边圈的曲面模型，并以壳单元进行网格划分，然后将对应的材料设置为不可变形的刚体。将坯料设置为可变形材料，设置好材料的厚度、屈服模型和硬化模型，设置分析所要用的弹性模量E，硬化模量K，硬化指数n，厚向异性系数r。
进一步的，在步骤3中，通过拉延仿真获得冲压成形极限图、坯料收缩线，并根据冲压成形极限图和坯料收缩线调整坯料尺寸和压边力。
进一步的，在步骤5中，凸模、凹模和压边圈采用四面体或六面体实体单元，根据模具所使用的材料设置为相应的可变形体，设置相应材料的弹性模量，其余冲压工艺参数设置与步骤2相同。设置凸模、凹模和压边圈的位置，进行拉延仿真，直到完成剩余冲压行程A，凸模和凹模闭合到位。
进一步的，在步骤6中，通过CAE后处理软件分析凸模、凹模和压边圈的应力，获得模具的结构强度，并与凸模、凹模和压边圈所使用材料允许的应力进行比较以判断是否符合要求。
附图说明
图1是汽车覆盖件设计模型；
图2是拉延工艺模型；
图3是刚体模具的冲压仿真模型；
图4是仿真获得的成形极限图；
图5是柔体模具的冲压仿真模型；
图6是凸模的应力云图；
图7是凹模的应力云图；
图8是压边圈的应力云图。
具体实施方式
下面结合附图对具体实施方式进行说明：
图1为某汽车覆盖件设计模型，由于该零件存在法兰边，所以压料面以法兰边进行验收，设计为平压料面，冲压方向设置为垂直于压料面方向，拉延工艺模型如图2所示。图3是针对刚体模具的冲压仿真模型，冲压方式采用单动形式，即凹模2在上，凸模1在下。
然后在仿真软件中构建拉延仿真模型，将凸模1、凹模2、压边圈3的单元尺寸按最大3mm，最小0.5mm，弦偏差为0.15mm设置进行网格划分，并将材料设置为不可变形的刚体。坯料设置为方形，厚度为1mm，初始尺寸为400mm×400mm，单元大小为5mm，分析时采用自适应，自适应网格最小控制在1.25mm。坯料为DQSK材料，选用BARLAT屈服准则及指数硬化模型，材料性能参数分别为：弹性模量E为207Gpa，硬化模量K为520.4，硬化指数为0.232，厚向异性系数0度方向为1.73,45度方向为1.35,90度方向为2.18。模型中凸模1、凹模2、压边圈3设置为不会产生任何变形的刚体，坯料4为可变形体。冲压总行程S为128mm。
经过仿真计算并进行坯料尺寸和工艺参数调整，最终获得坯料尺寸为372mm×372mm，压边力为48吨，对应的成形极限图如图4所示。
再次进行冲压仿真计算，将冲压行程设置为126mm，剩余的冲压行程为2mm。计算后获得相应的成形件为最后2mm冲压行程的坯料，然后导入凸模1、凹模2、压边圈3实体模型，以四面体进行网格划分，单元大小为6mm，材料为灰铸铁HT400，对应的弹性模量为140Gpa，强度极限为400Mpa，冲压行程为2mm，建立的冲压仿真模型如图5所示。
这样经过冲压仿真计算后将自动计算出凸模1、凹模2和压边圈3的应力，将这三个部件的应力计算结果导入到CAE后处理软件中可获得凸模1的应力，如图6所示。凹模2的应力，如图7所示。压边圈3的应力，如图8所示。可以看出三个部件的应力均未超过强度极限400MPa，因此模具的结构强度可以满足要求。

Claims (6)

1.一种汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，其特征在于采用以下步骤：
步骤1：针对汽车覆盖件进行工艺分析，确定拉延工艺及模型；
步骤2：构建拉延仿真模型，将凹模、凸模和压边圈设置为不可变形的刚体，将坯料设置为可变形材料，然后进行拉延仿真计算；
步骤3：根据拉延仿真计算的结果进行工艺参数调整，确定可满足拉延工艺要求的冲压工艺参数，获得准确的总冲压行程S毫米；
步骤4：以调整好的工艺参数再次进行拉延仿真计算，将冲压行程设置为总冲压行程S-A毫米，A为剩余的冲压行程，得到初步成形的零件坯料，剩余的冲压行程A为1～3mm；
步骤5：将凸模、凹模和压边圈根据各自的材料类型分别设置成可变形体，以步骤4冲压出来的初步成形的零件坯料继续拉延成形，直到凸模和凹模闭合到位，完成最后剩余的行程A；
步骤6：将凸模、凹模和压边圈的应力输出到仿真计算后处理软件获得应力。
2.如权利要求1所述的汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，在步骤1中，根据汽车覆盖件的零件的具体形状确定拉延工艺是单动模式还是双动模式，同时确定拉延工艺模型的冲压方向、压料面。
3.如权利要求1-2之一所述的汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，在步骤2中，取凸模、凹模和压边圈的曲面模型，并以壳单元进行网格划分，然后将对应的材料设置为不可变形的刚体；将坯料设置为可变形材料，设置好材料的厚度、屈服模型和硬化模型，设置分析所要用的弹性模量E，硬化模量K，硬化指数n，厚向异性系数r。
4.如权利要求1所述的汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，在步骤3中，通过拉延仿真获得冲压成形极限图、坯料收缩线，并根据冲压成形极限图和坯料收缩线调整坯料尺寸和压边力。
5.如权利要求1所述的汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，在步骤5中，凸模、凹模和压边圈采用四面体或六面体实体单元，根据模具所使用的材料设置为可变形体，设置相应材料的弹性模量，其余冲压工艺参数设置与步骤2相同；设置凸模、凹模和压边圈的位置，进行拉延仿真，直到完成剩余冲压行程A，凸模和凹模闭合到位。
6.如权利要求1所述的汽车覆盖件拉延模具结构强度计算方法，在步骤6中，通过CAE后处理软件分析凸模、凹模和压边圈的应力，获得模具的结构强度，并与凸模、凹模和压边圈所使用材料允许的应力进行比较以判断是否符合要求。
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