【摘要】：以某型號(hào)微型面包車的前地板拉延成形過程為例,對(duì)材料特性進(jìn)行分析,并建立數(shù)學(xué)建模后,進(jìn)行沖壓模擬分析。選取沖壓成形工藝參數(shù)中的壓邊力、凸凹模間隙和拉延筋高度3個(gè)因數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)分析,以坯料的局部最小厚度為優(yōu)化目標(biāo)值,以防止產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象。沖壓數(shù)值模擬分析表明,壓邊力最顯著,拉延筋高度為其次,凸凹模間隙為最次。為保證前地板沖壓成形的均勻性,最佳工藝參數(shù)為壓邊力950 k N、凸凹模間隙0.84 mm、拉延筋高度6 mm,并對(duì)前地板零件進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,成形表面較為光順,且無裂紋,雖在曲率變化較大的區(qū)域有少量褶皺外,但沖壓質(zhì)量完全符合前地板設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

?自定義材料特性如表1所示，其結(jié)構(gòu)形狀的長度和寬度尺寸較大，而厚度相對(duì)較薄，可以將零件的厚度方向作為拉深方向。該沖壓件在一定程度上呈ZC軸向?qū)ΨQ性，兩側(cè)沖壓進(jìn)料阻力基本相同，以最小的拉延深度一次拉延工藝完成。表1坯料自定義材料特性Table1Definedmaterialperformanceofblank參數(shù)數(shù)值密度/(kg·m－3)7850彈性模量/GPa207泊松比μ0.28各向異性系數(shù)Ｒ0=1.87，Ｒ45=1.27，Ｒ90=2.17坯料厚度/mm0.8摩擦系數(shù)0.12該零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，零件的孔位、凸緣、圓角等較多，所構(gòu)建的三維模型如圖1所示，保存成IGES通用格式，便于其他工程數(shù)模軟件數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換。圖1某汽車前地板三維模型Fig.1Three-dimensionalmodeloffrontfloorforautomobile利用Dynaform軟件對(duì)汽車前地板模型的表面自適應(yīng)曲面網(wǎng)格劃分、修改和優(yōu)化等，毛坯輪廓排樣展開，根據(jù)沖壓工藝確定凹模(原前地板的下表面)、凸模(設(shè)置凹模間隙自動(dòng)生成)和壓邊圈等，定義材料、受力設(shè)置相關(guān)參數(shù)進(jìn)行模擬分析。1.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)在沖壓成形過程中，壓邊力較多容易產(chǎn)生拉裂、翻邊起皺、壓凸包破裂等缺陷，凸凹模間隙和坯料的拉延筋高度將分別影響坯料的流動(dòng)能力和料厚分布，從而影響沖壓件成形質(zhì)量。1.2.1壓邊力薄板類覆蓋件采用拉延工藝后的主要缺陷為起皺和破裂。壓邊力的控制值是工藝重要參數(shù)之一，其對(duì)于提高成形質(zhì)量有著重要的意義。壓邊力和坯料和壓邊圈間的摩擦力成正比關(guān)系，壓邊力越大，則坯料流動(dòng)越困難，易拉裂，反之容易產(chǎn)生皺折。汽車前地板變形區(qū)的變形較為復(fù)雜，圓角和直邊的應(yīng)力分布不均勻，文獻(xiàn)［2］～文獻(xiàn)［3］也表明，該形狀(類似盒形件)壓邊力的計(jì)算比圓筒形件壓邊力計(jì)算復(fù)雜且多變。最大壓邊力Q(N)的近似公式為:Q=k·F?

表2沖壓工藝的正交試驗(yàn)的因素與水平Table2Factorsandlevelsfororthogonaldesignofstampingformingprocess因素水平123壓邊力A/kN750850950凸凹模間隙B/mm0.80.840.88拉延筋高度C/mm6782沖壓數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證2.1數(shù)值模擬結(jié)果分析Dynaform軟件模擬汽車前地板單動(dòng)沖壓過程，沖壓前模具位置關(guān)系如圖2所示，其中坯料在上壓邊圈的下方，在圖中未顯現(xiàn)。圖2拉延沖壓模具位置關(guān)系Fig.2Schematicdrawingofpositionofpunchingdie由于需要評(píng)價(jià)拉延成形質(zhì)量，選局部最小厚度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以判斷是否有局部拉裂的可能性，一般情況下最小厚度若低于坯料厚度的80%，則可能出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象［6］，，因此要求坯料最薄厚度不得低于0.64mm。設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)直觀分析如表3所示。表3正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table3Schemeandresultsoforthogonaldesign組號(hào)ABC最小厚度/mm11110.63821220.64631330.65242120.63952230.67262310.65873130.67383210.68793320.651k10.6450.6500.661—k20.6560.6680.645—k30.6700.6540.666—Ｒ0.0250.0180.020—由表3可知，組號(hào)1、2和4坯料可能被拉裂，拉延筋高度的3個(gè)水平都能滿足坯料拉延沖壓的質(zhì)量。以直觀分析法得出最佳的沖壓參數(shù)組合為A3B2C1，即壓邊力950kN、凸凹模間隙0.84mm、拉延筋高度6mm。根據(jù)極差Ｒ的大小判斷各因素對(duì)試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響主次。Ｒ值越大，表明對(duì)沖壓質(zhì)量的影響越大，由此判斷出壓邊力最顯著，為關(guān)鍵因數(shù)，拉延筋高度為其次因數(shù)，凸凹模間隙為最次因數(shù)。圖3為3個(gè)不同組號(hào)的成形極限圖。由圖可以看出:組號(hào)4在中間凸出處已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的破裂;組號(hào)6則有較多的破裂傾向，均發(fā)生在坯料的曲率半徑變化較大的凸出部分;而組號(hào)8的坯料厚度分布
【作者單位】： 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)械工程學(xué)院;浙江科技學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院;
【基金】：浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY13E050112) 浙江省科技廳公益技術(shù)研究項(xiàng)目(2013C32099)
【分類號(hào)】：U466;TG386

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本文編號(hào)：2543845