CN107729661B - 汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法 - Google Patents

汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法。本发明获取G点残余应力与回弹值的方法为：在常用的翻边高度范围内，以翻边高度为变量依次建模进行仿真分析，利用Autoform软件的后处理模块测量数值较大的G点残余应力和回弹值；利用曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型，理论计算数值较小的残余应力的G点回弹值。根据获取的G点残余应力与回弹值数据进行多项式拟合，得到两者的曲线图和表达式；在针对发动机外板类覆盖件翻边时，不需再花费大量精力进行初期回弹仿真计算，利用上述回弹值与残余应力关系，将回弹值的分布考虑到型面回弹补偿中。经初步回弹补偿试算可以将回弹值控制在2mm范围内，为1mm范围内的回弹精算提供了参考和依据。

Description

汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法。
背景技术
随着汽车工业的高速发展，新款车型的研发周期也越来越短，汽车覆盖件是市场上变化最快，生产周期最长的汽车组成部分，覆盖件的成形性分析以及缺陷控制需要耗费大量的时间和精力。不同车型相同部位的覆盖件在外形和尺寸上都大同小异。因此对此类别的覆盖件的质量缺陷进行类比和总结具有显著的工程应用价值。
汽车外覆盖件中发动机外板形状大小基本相似，其翻边比较典型，涉及到曲面拉伸翻边和曲面压缩翻边等类型，由于覆盖件翻边为模具后工序，翻边成形中产生的回弹使得零件的尺寸精度降低，极大的影响了零部件的装配并降低了产品质量。模具的回弹控制一直是研究的热点和难点，目前工业和学术界解决翻边回弹主要采用两种思路：一是工艺控制法，即“事后处理”，通常在模具调试期间，改变相关参数如压边力、摩擦系数、模具间隙或其他工艺措施等来控制回弹，但其试模周期往往较长，且花费较大。另一种是采用“事前处理”方式，即通过有限元数值模拟等计算机辅助工程手段对模面进行相关数值补偿，使回弹精度控制在前期设计中。但其方法主要受制于不同CAE软件的参数设置和回弹补偿算法，且数值仿真等前期相关设计花费时间巨大。
在曲面直翻边中，板料一般分为不变形区(压料面)、圆角过渡区和主变形区(竖边部位)，翻边时压料面不会发生塑形变形、主变形区处于双向受拉(受压)的应力状态，当翻边时变形区域ABCD在成形后变成FECD，变形区域的外缘圆弧AB变为圆弧EF，且变形后EF长度大于变形前AB的长度，称为拉伸类翻边，如图1所示。相反，对于压缩类翻边，翻边后外缘圆弧AB变为圆弧EF，同时弧长AB大于弧长EF，如图2所示。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法，可快速获得翻边回弹数值分布和大小用于初期回弹补偿。
为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法，包括如下步骤：
步骤一、确定汽车覆盖件的产品固定参数，包括外板长宽尺寸、板厚尺寸、翻边弧长半径、翻边高度、材质牌号；
步骤二、采用Autoform板料分析软件对回弹进行数值仿真分析，设定产品数模和软件的固定参数为：翻边相对弯曲半径满足
Figure BDA0001442379090000021
其中r为翻边圆角半径，t为板料厚度；模具间隙C＝0.98t～1.02t；摩擦系数μ＝0.12～0.16；为了便于统一标准测量回弹数据，在数值仿真分析前将产品数模的翻边角度进行处理,使翻边后的回弹截面轮廓保证在90±1°；
步骤三、建立曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型,翻边前弧长设定为AB、翻边后弧长设定为EF、翻边后弧长中点为G,翻边高度为AF，根据Autoform软件数值计算的回弹趋势，理论计算G点完全弹性恢复后的回弹值Z＝Z1-Z2，其中Z1为中点G点的回弹值，Z2为翻边后弧长端点E点或F点的回弹值；
步骤四、获取G点残余应力与对应的G点回弹值数据，其方法为：在设定的翻边高度范围内，以翻边高度为变量依次建模进行数值仿真分析，利用Autoform软件的后处理模块测量数值较大的残余应力和G点回弹值；利用步骤三中的曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型，计算数值较小的残余应力的G点回弹值；
步骤五、将步骤四获取的G点残余应力与对应的G点回弹值数据进行多项式拟合，得到两者非线性关系的曲线图和表达式；
步骤六、回弹补偿，其方法为：根据材料参数和性能，采用Autoform软件试算得到翻边弧长中点G的残余应力值；根据上述的完全弹性恢复模型和经验公式确定回弹趋势和回弹值；按照拟定的模具补偿策略和原则补偿型面；输出补偿的网格后采用曲面处理软件进行曲面重构；导入CAE板料分析软件进行回弹精算。
本发明的有益效果是：由于实际发罩外板形状的复杂性以及模具设计等多因素的影响，制件翻边回弹十分复杂，无法采用简单的解析公式来预测实际工况中的回弹。采用本发明，在针对发动机外板类覆盖件翻边时，不需要再花费大量的时间和精力进行初期的翻边回弹有限元计算，只需利用上述步骤中的回弹值与残余应力关系，将得到的回弹数值分布考虑到前期模具型面中。经过初步回弹补偿计算后一般可以将回弹数值控制在2mm范围内，不仅为精度在1mm内的回弹精算提供了参考和依据。同时为模具模面回弹补偿工序节省了大约40％的工作量和时间。
附图说明
图1是曲面拉伸翻边示意图；
图2是曲面压缩翻边示意图；
图3是曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型；
图4是Autoform数值仿真回弹趋势结果；
图5是G点残余应力与回弹值的曲线图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1所示，本发明包括如下步骤：
步骤一、确定汽车覆盖件的产品固定参数，包括外板长宽尺寸、板厚尺寸、翻边弧长半径、翻边高度、材质牌号。
考虑到曲面拉伸翻边和曲面压缩翻边原理相同，回弹趋势相反，这里选取发罩外板中的曲面拉伸翻边模型进行实施，针对汽车发动机外板特征设定产品固定参数为：外板长宽尺寸在1700mm左右，板厚在0.65mm～0.7mm之间，翻边弧长半径约为1500mm，翻边高度H在5mm～15mm之间，材料方面由于材料抗拉强度越高、弹性模量越小，其回弹缺陷会越剧烈，因此试验方案选用普通材质牌号的DC03。
步骤二、采用Autoform板料分析软件对回弹进行数值仿真分析，设定产品数模和软件的固定参数为：翻边相对弯曲半径满足
Figure BDA0001442379090000032
其中r为翻边圆角半径，t为板料厚度；模具间隙C＝0.98t～1.02t；摩擦系数μ＝0.12～0.16。覆盖件拉伸翻边回弹数值模拟期间，在翻边高度平面内，当外力卸载后板料受力平衡被打破，内应力会以回弹的形式释放，应力越大，回弹值也越大，图1中A点和B点下凹，G点上凸，回弹趋势以G点为中心呈余弦分布；在侧壁平面内，由于回弹过程复杂,翻边轮廓在侧壁平面内往外扩张，侧壁大于往往90°。为了便于统一标准测量回弹数据，在数值仿真分析前将产品数模的翻边角度进行处理,使翻边后的回弹截面轮廓保证在90±1°。
步骤三、建立曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型,翻边前弧长设定为AB、翻边后弧长设定为EF、翻边后弧长中点为G,翻边高度为AF，根据Autoform软件数值计算的回弹趋势，理论计算G点完全弹性恢复后的回弹值Z＝Z1-Z2，其中Z1为中点G点的回弹值，Z2为翻边后弧长端点E点或F点的回弹值。
本实施例中，在翻边后的高度平面内,以翻边高度H＝12mm为试验对象，建立的完全弹性恢复模型如图3所示,根据Autoform软件数值计算的回弹趋势如图4所示，根据翻边前弧长AB＝1532.9mm、翻边后弧长EF＝1540mm、翻边高度AF＝12mm，理论计算得到圆心角
Figure BDA0001442379090000031
为16.95°、AB弧长半径为2590mm、回弹值Z为124mm。该数值Z为中点G完全弹性恢复的回弹值，根据模型原理，此时G点回弹值最大，应力释放完全，无残余应力。
步骤四、获取G点残余应力与对应的G点回弹值数据，其方法为：在设定的翻边高度范围内，以翻边高度为变量依次建模进行数值仿真分析，利用Autoform软件的后处理模块测量数值较大的残余应力和G点回弹值；利用步骤三中的曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型，计算数值较小的残余应力的G点回弹值。
在本实施例中，利用Autoform软件的后处理模块测量数值较大的残余应力和G点回弹值时，即对翻边高度H在5mm～15mm之间的回弹结果进行测量和分析，其中翻边高度以1mm为增量进行依次建模，获得G点残余应力与回弹数值大小，其结果如表1所示，在这里只列出部分数据。在H＝6mm的后处理结果中测得G点回弹后残余应力为153MPa，回弹值为18.1mm；在H＝12mm，测得G点回弹后残余应力为173MPa，回弹值为16mm；在H＝15mm，测得G点回弹后残余应力为180MPa，回弹值为14.2mm。
表1不同翻边高度的参数
Figure BDA0001442379090000041
当G点残余应力较小时，无法通过Autoform软件的后处理模块直接得到，在这里利用步骤三中的曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型，理论计算得到。采用Autoform软件对不同的翻边高度进行大量的数值仿真分析，当得到G点残余应力约为10％的材料抗拉强度时，通过测得翻边前后弧长等数据，计算G点回弹值为98mm。同样测得当残余应力约为20％的材料抗拉强度时，计算G点回弹值为82mm。
步骤五、将步骤四获取的G点残余应力与对应的G点回弹值数据进行多项式拟合，得到两者非线性关系的曲线图和表达式。数据获取过程中可考虑试验方案重复性和稳定性因素后对数据进行修正。
本实施例中得到的G点残余应力与回弹值的曲线图如图5所示，两者非线性关系的经验公式为y＝123-1.1x+0.004x2-5.3e-6x3。
步骤六、回弹补偿，其方法为：根据材料参数和性能，采用Autoform软件试算得到翻边弧长中点G的残余应力值；根据上述的完全弹性恢复模型和经验公式确定回弹趋势和回弹值；按照拟定的模具补偿策略和原则补偿型面；输出补偿的网格后采用曲面处理软件进行曲面重构；导入CAE板料分析软件进行回弹精算。
本发明在针对发动机外板类覆盖件翻边时，不需要再花费大量的时间和精力进行初期的翻边回弹有限元计算，只需利用上述步骤中的回弹值与残余应力关系，将得到的回弹数值分布考虑到前期模具型面中。经过初步回弹补偿计算后一般可以将回弹数值控制在2mm范围内，不仅为精度在1mm内的回弹精算提供了参考和依据。同时为模具模面回弹补偿工序节省了大约40％的工作量和时间。

Claims (2)

1.汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定汽车覆盖件的产品固定参数，包括外板长宽尺寸、板厚尺寸、翻边弧长半径、翻边高度和材质牌号；
步骤二、采用Autoform板料分析软件对回弹进行数值仿真分析，设定产品数模和软件的固定参数为：翻边相对弯曲半径满足
Figure FDA0002594008120000011
其中r为翻边圆角半径，t为板料厚度；模具间隙C＝0.98t～1.02t；摩擦系数μ＝0.12～0.16；
步骤三、建立曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型,翻边前弧长设定为AB、翻边后弧长设定为EF、翻边后弧长中点为G,翻边高度为AF，根据Autoform软件数值计算的回弹趋势，理论计算G点完全弹性恢复后的回弹值Z＝Z1-Z2，其中Z1为中点G点的回弹值，Z2为翻边后弧长端点E点或F点的回弹值；
步骤四、获取G点残余应力与对应的G点回弹值数据，其方法为：在设定的翻边高度范围内，以翻边高度为变量依次建模进行数值仿真分析，利用Autoform软件的后处理模块测量数值较大的残余应力和该残余应力对应的G点回弹值；利用步骤三中的曲面拉伸翻边回弹的完全弹性恢复模型，计算数值较小的残余应力对应的G点回弹值；上述的“数值较大的残余应力”是指能够利用Autoform软件的后处理模块直接测量得到的这部分数据，上述的“数值较小的残余应力”是指无法利用Autoform软件的后处理模块直接测量得到的这部分数据；
步骤五、将步骤四获取的G点残余应力与对应的G点回弹值数据进行多项式拟合，得到两者非线性关系的曲线图和表达式；
步骤六、回弹补偿，其方法为：根据材料参数和性能，采用Autoform软件试算得到翻边弧长中点G的残余应力值；根据上述的完全弹性恢复模型和经验公式确定回弹趋势和回弹值；按照拟定的模具补偿策略和原则补偿型面；输出补偿的网格后采用曲面处理软件进行曲面重构；导入CAE板料分析软件进行回弹精算。
2.如权利要求1所述的汽车覆盖件曲面拉伸翻边回弹控制方法，其特征在于：步骤二中在数值仿真分析前将产品数模的翻边角度进行处理,使翻边后的回弹截面轮廓保证在90±1°。
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