有限元分析在汽車覆蓋件成形中的應(yīng)用

于 玲，王 蕾

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處，河南 南陽473000）

汽車覆蓋件是沖壓零件中比較特殊而又相當(dāng)重要的一種，具有材料薄、形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、表面品質(zhì)要求高、曲面多為空間曲面、配合協(xié)調(diào)性高等特點(diǎn)，工藝很復(fù)雜，其模具的制造周期直接影響汽車的制造成本以及新產(chǎn)品的開發(fā)周期。長(zhǎng)期以來，我國(guó)汽車覆蓋件模具的設(shè)計(jì)和制造是在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過模具制造后期的反復(fù)調(diào)試并最終完成的。這種憑經(jīng)驗(yàn)和試制的方法不僅使模具制造周期過長(zhǎng)，而且成本過高，品質(zhì)也得不到保證。

隨著有限元數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，可以對(duì)復(fù)雜的板料成形問題進(jìn)行模擬分析，以前的大量試沖壓、修模的工作可以通過有限元軟件虛擬進(jìn)行，并獲得重要的工藝參數(shù)，從而為優(yōu)化工藝參數(shù)，縮短模具制造周期提供依據(jù)。

1 零件介紹

汽車覆蓋件按功能和部位可分為外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件及骨架類覆蓋件三類。行李箱后蓋屬于比較典型的外表面零件，在車身沖壓件中占有重要地位，質(zhì)檢部門對(duì)產(chǎn)品的外表面品質(zhì)及剛、塑性都有較高的要求。圖1所示為某型號(hào)轎車行李箱后蓋，其與后風(fēng)窗相連的外表面形狀平坦區(qū)域，在產(chǎn)品成形時(shí)不易充分變薄，成形后極易產(chǎn)生變形及回彈。另外，在拉深中如果材料塑性流動(dòng)不均勻，還會(huì)產(chǎn)生拉裂和起皺。

圖1 轎車行李箱后蓋

2 有限元模型的建立

（1）曲面模型的建立

可以通過兩種方式建立曲面模型：一種是在Dynaform中直接建立；另一種是通過商品化的Pro／E和UG等軟件導(dǎo)入。本文在UG軟件中建立了如圖2所示的汽車覆蓋件模型圖，并進(jìn)行必要的工藝補(bǔ)充，然后建立相應(yīng)的凸凹模和壓邊圈模型，提取各自的曲面，然后存為IGES格式并導(dǎo)入Dynaform軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分及有限元分析。

圖2 覆蓋件模型圖

（2）拉深筋和壓料面的的設(shè)定

在汽車覆蓋件成形模中，設(shè)置拉深筋的目的是通過提高材料的流動(dòng)阻力，增大材料的塑性變形，減小零件的回彈，從而提高貼模精度。拉深筋的形狀和布局對(duì)成形結(jié)果有直接影響。拉深深度的大小在很大程度上決定了產(chǎn)品的成形性，對(duì)于有大部分平緩區(qū)域的型面來說，衡量成形性的好壞，不僅要看是否有充分的塑性變形，而且要看變形的分布是否均勻。成形性越好，則產(chǎn)品剛性越好，且回彈小。壓料面的位置是根據(jù)適當(dāng)?shù)睦钌疃却_定的。圖3為設(shè)定了拉深筋和壓料面的行李箱后蓋橫截面圖。

圖3 橫截面圖

（3）單元網(wǎng)格的劃分

一般采用先自動(dòng)劃分單元網(wǎng)格后手動(dòng)劃分的方法。在劃分完網(wǎng)格后，還要檢查凸凹模、壓邊圈和板料網(wǎng)格的法矢量、邊界、重復(fù)單元、修改網(wǎng)格直至沒有錯(cuò)誤為止。

3 模擬結(jié)果及分析

行李箱后蓋所用的板材厚度t=0.8 mm，彈性模量E=2.07×10 MPa，屈服強(qiáng)度σs=165 MPa，塑性硬化指數(shù)n=0.237，厚向異性指數(shù)r=2.295。圖4為材料厚度模擬結(jié)果云圖，可以清楚地看出材料的厚度變化。由于拉伸筋的影響，其周邊的材料變薄最大。圖5為材料成型極限圖，可以得出外表面平緩區(qū)域的變薄率在4%~5%之間，板料的變形狀態(tài)較為理想。

圖4 厚度云圖

圖5 成型極限圖

4 結(jié)束語

通過有限元數(shù)值模擬了行李箱后蓋成形過程，預(yù)測(cè)了可能出現(xiàn)的缺陷。由結(jié)果可以得知：針對(duì)所給板材，選擇該沖壓工藝參數(shù)，所設(shè)計(jì)的工藝能夠滿足成形的需要，從而減少了反復(fù)試模的次數(shù)，提高了沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，并大大降低了模具開發(fā)成本和開發(fā)周期。

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