数值模拟在汽车覆盖件压延筋设计中的应用

　第28卷第12期

　2005年12月合肥工业大学学报(自然科学版)JOU RNAL O F H EFE I UN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY V o l .28N o.12　D ec .2005　　　

收稿日期:2004212220;修改日期:2005204204

作者简介:陈文琳(1963-),女,安徽安庆人,合肥工业大学副教授.数值模拟在汽车覆盖件压延筋设计中的应用

陈文琳1,　苗　量1,　晏　民2,　左志高2

(1.合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥　230009;2.合肥众邦科技有限公司,安徽合肥　230088)

摘　要:将数值模拟技术应用到汽车覆盖件的压延筋设计中,可以提高压延筋设计的合理性。用真实压延筋进行模拟真实度高,但模拟速度慢,用等效压延筋进行模拟方便、快速,但真实度略差。本文综合考虑两者优点,用等效压延筋模型和真实压延筋模型相结合的方法,模拟了轿车前地板排气管托梁的成形过程,对其快速合理的压延筋设计提供了依据。

关键词:汽车覆盖件;真实压延筋;等效压延筋;数值模拟

中图分类号:T G 386.49　　　文献标识码:A 　　　文章编号:100325060(2005)1221552204

Appl ica tion of nu m er ica l si m ula tion i n autom ob ile panel drawbead design

CH EN W en 2lin 1,　M I AO L iang 1,　YAN M in 2,　Z UO Zh i 2gao

2(1.Schoo l of M aterial Science and Engineering ,H efei U niversity of T echno logy ,H efei 230009,Ch ina ;2.H efei ZhongBang T echno logy Company ,L td ,H efei 230088,Ch ina )

Abstract :In view of the difficu lty in design ing a reasonab le draw bead fo r the au tom ob ile panel ,num er 2ical si m u lati on is app lied to draw bead design so as to m ake the design m o re reasonab le .T he si m u la 2ti on resu lt app ears m uch true w ith the true draw bead bu t the si m u lati on speed is slow w h ile it is qu ick and conven ien t to si m u late w ith the equ ivalen t draw bead bu t the si m u lati on resu lt app ears less true .In th is pap er ,the true draw bead m odel and the equ ivalen t draw bead m odel are com b ined to si m u late the fo r m ing p rogress of the ven t 2p i pe jo ist of the car ex 2floo r row .T he si m u lati on resu lts p rovide a basis fo r the qu ick and reasonab le design of the car ’s draw bead .

Key words :au tom ob ile panel ;true draw bead ;equ ivalen t draw bead ;num erical si m u lati on

　　在板料成形中通常通过压边圈来控制金属流

动,但覆盖件多为复杂的自由曲面,周边变形不均

匀,仅靠压边圈来改变压边力大小是不够的,而且

较大的压边力会引起加工过程零件表面的划伤,

这就需要设置压延筋。通过对压延筋的灵活布置

来调节进料阻力。对覆盖件冲压模具中的压延筋

设计,设计人员往往是凭经验设计,主要依靠模具

调试时调整压延筋,这不仅增加了调模时间和调

模难度,而且浪费了人力物力。随着数值模拟技术

的发展,通过数值模拟预测整个板料成形过程中

可能出现的缺陷,给设计压延筋提供依据,使得压延筋的设计更加快速准确,减少物理试模时调试、修筋的工作量[1]。本文通过用等效压延筋模型和真实压延筋模型相结合的方法,模拟轿车前地板排气管托梁的拉延成形过程,为压延筋的快速准确设计提供了依据。1　压延筋模型1.1　压延筋的作用机理在汽车覆盖件冲压成形中,压延筋被用来增

大材料的流动阻力、使变形均匀和提高零件的刚度。压延筋通常由两部分组成:压边圈上的筋和压

料面上与之相配的槽[2,3]

。冲压过程中当板材流过压延筋时,将在限流槽的凸肩及压延筋上产生弯

曲与反弯曲的变形过程,于是产生了流动阻力[4]

。设F 阻为压延筋单位长度上的流动阻力,F 弯是单位长度上材料弯曲引起的拉伸阻力,F 摩是单位长度上压延筋与材料之间的摩擦阻力,则F 阻=F 弯+F 摩,基于此W eidem ann

[5]

建立了压延筋阻力模

型,如图1所示。

F =

t Ξ{

2ΛP

t

e

4ΛΥ

+2Ρs

3

[((

e

ΛΥ

4(R x +

t

2

)

+14(R x +

t

2

)

+1

4(R b +t

2)

)e 2ΛΥ+14(R x +

t

2

)

+14(R b +

t 2

))e ΛΥ+

1

4(R x +

t

2

)

]}其中,t 为坯料的初始厚度;Ξ为压延筋的长度;Λ为摩擦系数;Ρs 为板料的屈服极限;Υ为坯料弯曲角;R x 为槽的肩部半径;R b 为筋的半径;P 为单位长度上的等效压边力[6]

。

图1　压延筋阻力模型示意图

1.2　有限元模拟中的压延筋模型

在有限元模拟时,处理带压延筋的有限元模型一般有两种方法。

(1)用真实压延筋进行模拟。即将压延筋作为整个有限元模型的一部分,对其进行几何造型、网格划分,一起参与计算和网格的再划分,因此其模拟的真实度比较高。但由于压延筋的尺寸与整个成形毛坯相比,所占的部分非常小,而在压延筋位置的成形过程又非常复杂,要有效的反映这一过程,就需要将网格划分的非常细密。这样在网格重划时耗费的时间比较多,而且容易引起数值求解困难,另外真实压延筋的造型复杂,不宜更改。

(2)用等效压延筋进行模拟。即将压延筋复

杂的几何形状抽象为一个能承受一定约束力的附在模具表面的一条压延筋线,从而把压延筋简化为作用在结点上的力,

不参与网格划分,这样便节省了计算时间,模拟时更改也非常方便。但等效压延筋没有考虑板料流过压延筋后的应变问题,实际上板料在经过压延筋后,无论是上表面还是下表面都有10%左右的拉伸应变,也没有考虑压延筋端部尺寸的影响,实际上压延筋端部的变形状态与中间部分完全不同,因此与真实压延筋相比,等效压延筋的精度要低一些

[7,8]

。

2　模拟实例

由于真实压延筋和等效压延筋在模拟时各有优势,综合考虑模拟的精度和速度,通过真实压延筋和等效压延筋相结合,对轿车前地板排气管托梁的不同压延筋设计进行了模拟。2.1　前地板排气管托梁成形工艺分析

前地板排气管托梁几何形状如图2所示。板料在成形过程中经历了预弯和拉深变形,薄板沿纵向弯曲变形,在侧向产生了拉深变形。经分析,该件在A 、B 两处有产生起皱的危险,即A 处为浅拉深向深拉深过渡区,板料流动比较集中。一方面,预弯时板料从两边向中间堆积过多;另一方面,拉深时板料从两侧流入,容易产生起皱和堆料,因此在拉深设计时,在该处设置工艺凹包以缓解起皱。B 处为托梁两端直边部分,处于弯曲边缘,拉深深度浅,板料流入阻力较小,也有起皱的危险。

图2　前地板排气管托梁拉延工艺制作

2.2　前地板排气管托梁压延筋设计及动态仿真

前地板排气管托梁件拉延成形模具模型的几何造型如图3所示。

3

551　第12期陈文琳,等:数值模拟在汽车覆盖件压延筋设计中的应用

1.凹模

2.真实压延筋

3.板料

4.凸模

5.压边圈

图3　前地板排气管托梁拉延成形模型的几何造型

对于托梁两端直边B 处,板料流入阻力比较小,进料较多,需要在该处设置压延筋增加进料阻力。由于真实压延筋模型能够更为准确地模拟出冲压过 …… 此处隐藏：4383字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……