氮?dú)鈴椈衫幽，F(xiàn)場狀態(tài)與CAE分析一致性的提高

何方可，張 雷，謝衛(wèi)東，殷言春

(1.浙江吉利控股集團(tuán)制造工程(ME)中心， 浙江 寧波 315336；2.瑞鵠汽車模具有限公司， 安徽 蕪湖 241006)

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氮?dú)鈴椈衫幽，F(xiàn)場狀態(tài)與CAE分析一致性的提高

何方可1，張 雷2，謝衛(wèi)東1，殷言春2

(1.浙江吉利控股集團(tuán)制造工程(ME)中心， 浙江 寧波 315336；2.瑞鵠汽車模具有限公司， 安徽 蕪湖 241006)

論述了氮?dú)鈴椈蓧毫μ匦郧€變化規(guī)律，即氮?dú)鈴椈沙跏汲錃鈮毫Q定了彈簧初始壓力，氮?dú)鈴椈蓧毫﹄S行程增大而增大，但變化規(guī)律是非線性的。對現(xiàn)場氮?dú)鈴椈蓧哼吜ψ兓?guī)律進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)初始時(shí)壓邊力為70 t，拉延結(jié)束時(shí)壓邊力為96 t，壓邊力增大37%，造成現(xiàn)場板件嚴(yán)重開裂，與CAE狀態(tài)相差很大。通過將氮?dú)飧壮跏汲錃鈮簭?qiáng)從11 MPa調(diào)整至9 MPa，消除了現(xiàn)場板件開裂，同時(shí)CAE采用變壓邊力模擬，結(jié)果顯示板件現(xiàn)場狀態(tài)與CAE分析狀態(tài)一致，改善效果明顯。

氮?dú)鈴椈?；初始充氣壓?qiáng)；行程；壓邊力；破裂

1 問題的提出

圖1、圖2分別為國外某汽車零件拉延件現(xiàn)場狀態(tài)與CAE狀態(tài)，對比可看出:現(xiàn)場板件出現(xiàn)嚴(yán)重開裂，但CAE模擬狀態(tài)良好，甚至沒有開裂風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場狀態(tài)與CAE模擬相差較大。

圖1 現(xiàn)場工件拉延狀態(tài)

圖2 對應(yīng)CAE狀態(tài)

研合率滿足主機(jī)廠要求后，現(xiàn)場板件仍存在嚴(yán)重開裂，因此技術(shù)人員將板件開裂的原因鎖定在氮?dú)鈴椈蓧哼吜ι?。與普通拉延模不同，此車型拉延模由氮?dú)鈴椈商峁哼吜?。氮?dú)鈴椈捎捎谄淞己玫膲毫η€特性及高精度特點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于汽車板件拉延模上。

目前國內(nèi)模具使用氮?dú)鈴椈衫幽?yīng)用比較少，無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還是現(xiàn)場調(diào)試人員對氮?dú)鈴椈晒ぷ髟砑皦毫μ匦哉J(rèn)識不夠，造成調(diào)試出現(xiàn)很多問題，過程緩慢。同時(shí)由于工藝人員對氮?dú)鈴椈蓧毫η€缺少認(rèn)識，在CAE模擬時(shí)使用恒定壓邊力，而不是變壓邊力，造成CAE模擬結(jié)果與現(xiàn)場零件實(shí)際狀態(tài)有偏差。

綜上所述，目前由氮?dú)鈴椈商峁哼吜Φ睦幽，F(xiàn)場拉延狀態(tài)與CAE模擬狀態(tài)相差較大，一方面原因是之前沒有承制過氮?dú)鈴椈商峁哼吜Φ睦幽_壓工件，缺少經(jīng)驗(yàn)；另一原因是CAE模擬氮?dú)鈴椈山?jīng)驗(yàn)不足。 因此，需要通過對氮?dú)鈴椈闪μ匦约癆UTOFORM壓邊力控制方式進(jìn)行深入研究，以提高現(xiàn)場與CAE模擬一致性。

2 氮?dú)鈴椈蓧毫μ匦越馕?/h2>

圖3為拉延模氮?dú)鈴椈膳挪记闆r，共10根氮?dú)鈴椈?，串?lián)排布。氮?dú)鈴椈尚吞枮閃DX356204-9512BMP。

圖3 拉延模氮?dú)鈴椈膳挪?/p>

2.1 氮?dú)鈴椈蓞?shù)

圖4為WDX356204系列氮?dú)鈴椈蓞?shù)，從圖4(a)可看出9512BMP型號氮?dú)鈴椈蓸?biāo)準(zhǔn)初始壓力F標(biāo)準(zhǔn)為95 kN，公稱行程S公稱為125 mm；從圖4(b)可看出:9512BMP型號氮?dú)鈴椈蓾M行程壓力F終=152 kN，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力P標(biāo)準(zhǔn)=15 MPa。

2.2 氮?dú)鈴椈沙跏級毫?/p>

從圖4可看出:氮?dú)鈴椈沙跏級毫κ?5 kN，但該壓力是建立在15 MPa標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力基礎(chǔ)上，若初始充氣壓力達(dá)不到15 MPa，氮?dú)鈴椈沙跏級毫_(dá)就達(dá)不到95 kN。式(1)為氮?dú)鈴椈沙跏級毫健?/p>

(1)

式中：P標(biāo)準(zhǔn)表示標(biāo)準(zhǔn)充氣壓強(qiáng)；F標(biāo)準(zhǔn)表示標(biāo)準(zhǔn)初始壓力；P初始表示初始充氣壓強(qiáng)；F初始表示初始壓強(qiáng)下氮?dú)飧讐毫?。從?1)可以看出：氮?dú)鈴椈沙跏級毫εc氣缸初始壓強(qiáng)成正比，初始壓強(qiáng)越大，氮?dú)飧壮跏級毫υ酱蟆Ｓ梢陨戏治隹芍篧DX356204-9512BMP型氮?dú)飧讟?biāo)準(zhǔn)初始壓力F標(biāo)準(zhǔn)=95 kN， 標(biāo)準(zhǔn)充氣壓強(qiáng)P標(biāo)準(zhǔn)=15 MPa，現(xiàn)場首輪調(diào)試時(shí)使用110巴初始壓強(qiáng)，即P初始=11 MPa，故氮?dú)鈴椈沙跏級毫初始=95×11 /15=70 kN。

圖4 WDX356204系列氮?dú)鈴椈蓞?shù)

2.3 氮?dú)鈴椈蓧毫﹄S行程變化規(guī)律

氮?dú)鈴椈晒ぷ鲿r(shí)其壓力并不是保持恒定，而是隨著行程增加而逐漸增大。這是因?yàn)榈獨(dú)飧壮錃夂螅獨(dú)飧變?nèi)氣體壓強(qiáng)并不是恒定的，隨著行程增加，氮?dú)飧變?nèi)氣體體積受壓縮，壓強(qiáng)增大，因此壓力增大。氮?dú)飧讐毫εc行程關(guān)系見式(2)。

(2)

式中：FS表示行程為S時(shí)彈壓力；F初始為在初始充氣壓力下初始彈壓力；S公稱表示氮?dú)鈴椈晒Q行程；S使用表示工作行程；F標(biāo)準(zhǔn)表示標(biāo)準(zhǔn)初始壓力；F終表示標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)下滿行程壓力。

3 現(xiàn)場首輪調(diào)試時(shí)壓邊力

由圖5可看出：首輪調(diào)試氮?dú)鈴椈沙錃鈮簭?qiáng)為11 MPa，在該壓強(qiáng)下，WDX356204-9512BMP型氮?dú)鈴椈呻S行程變化壓力FS見式(3)。

FS=95 000×125/(125-0.375S)

(3)

由本文可知，此拉延模布置10根氮?dú)鈴椈?，則現(xiàn)場壓邊力F隨行程變化規(guī)律如下：

F=95 000×10×125/(125-0.375S)

(4)

式中S表氮?dú)鈴椈尚谐?mm)。

圖5 首輪調(diào)試氮?dú)鈴椈沙錃鈮簭?qiáng)

從圖6可看出： 10根WDX356204-9512BMP型氮?dú)鈴椈稍?1 MPa壓強(qiáng)下工作初始壓力為70 t，拉延結(jié)束時(shí)壓力達(dá)96 t，而CAE模擬壓力僅為70 t，比模擬壓邊力大37%，因此造成板件嚴(yán)重開裂。

4 CAE模擬分析時(shí)壓邊力

基于成本及便捷考慮，目前絕大多數(shù)的拉延模由氣墊提供壓邊力，壓邊力是恒定的,因此CAE分析時(shí)，壓邊力也是設(shè)置恒定的。從圖7中可以看出:CAE分析時(shí)使用70 t恒定壓邊力，但現(xiàn)場氮?dú)鈴椈稍?1 MPa壓強(qiáng)下提供的壓邊力從初始時(shí)70 t增大至結(jié)束時(shí)96 t，與CAE分析相差很大，這是由于工藝人員對氮?dú)鈴椈商匦匀鄙僬J(rèn)識所致。

圖6 現(xiàn)場氮?dú)鈴椈蓧哼吜﹄S行程變化曲線

圖7 改善前的CAE壓邊力

5 改善措施

從本文分析可知：現(xiàn)場板件開裂嚴(yán)重，而CAE模擬分析時(shí)卻沒有開裂，這是由于現(xiàn)場使用的壓邊力與CAE分析時(shí)壓邊力相差較大所致。因此，改善措施應(yīng)分別從現(xiàn)場氮?dú)鈴椈蓧哼吜εcCAE模擬壓邊力兩方面分析，以此提高現(xiàn)場與CAE模擬的一致性。

5.1 現(xiàn)場彈簧壓邊力

CAE模擬使用70噸壓邊力，模擬結(jié)果顯示板件變形充分，沒有開裂。但現(xiàn)場使用11 MPa充氣壓力， 初始壓邊力為70 t，拉延結(jié)束時(shí)，壓邊力增至96 t，與CAE分析不一致，造成板件開裂。因此，應(yīng)降低充氣壓強(qiáng)，降低壓邊力，提高板件進(jìn)料速度，從而改善板件開裂。圖8為改善后氮?dú)鈴椈沙跏汲錃鈮簭?qiáng)，從圖中看出：初始充氣壓強(qiáng)為9 MPa。圖9為氮?dú)鈴椈稍? MPa初始充氣壓強(qiáng)下壓邊力隨行程變化曲線，可見初始壓邊力為57 t，拉延結(jié)束時(shí)壓邊力增至79 t。

圖8 改善后氮?dú)鈴椈沙錃鈮簭?qiáng)

圖9 改善后氮?dú)鈴椈蓧哼吜η€

5.2 變壓邊力模擬

由本文分析可知：CAE分析時(shí)應(yīng)采用與現(xiàn)場狀態(tài)一致的變壓邊力，且壓邊力隨行程逐漸增大。如圖10所示，在AUTOFORM壓邊力設(shè)置界面，改恒定壓邊力Constant force為變壓邊力Time variable，然后Time、Force分別對應(yīng)行程與壓邊力。

6 改善效果

圖11為初始充氣壓力為9 MPa時(shí)現(xiàn)場板件圖，從圖中可以看出，板件進(jìn)料狀態(tài)良好，沒有破裂。圖12為AUTOFORM變壓邊力模擬變薄率圖與成行狀態(tài)圖，與現(xiàn)場一致。由此可看出，改善后不僅消除了現(xiàn)場板件破裂，而且提高了現(xiàn)場狀態(tài)與CAE分析的一致性，改善效果明顯。

圖10 改善后的CAE壓邊力

圖11 改善后現(xiàn)場板件

圖12 AUTOFORM變壓邊力模擬變薄率圖與成形狀態(tài)圖

7 結(jié)束語

本文詳細(xì)論述了氮?dú)鈴椈蓧毫μ匦郧€變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)氮?dú)鈴椈沙跏汲錃鈮簭?qiáng)決定了彈簧初始壓力，氮?dú)鈴椈蓧毫﹄S行程增大而增大，但變化規(guī)律是非線性的。同時(shí)對現(xiàn)場氮?dú)鈴椈蓧哼吜ψ兓?guī)律進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場模具拉延工件初始時(shí)壓邊力70 t，拉延結(jié)束時(shí)壓邊力96 t，壓邊力增大37%，造成現(xiàn)場板件嚴(yán)重開裂，與CAE模擬狀態(tài)不一致。

通過將氮?dú)飧壮跏汲錃鈮簭?qiáng)從11 MPa調(diào)整至9 MPa，消除了現(xiàn)場板件開裂，同時(shí)CAE采用變壓邊力模擬，結(jié)果顯示板件現(xiàn)場狀態(tài)與CAE分析狀態(tài)一致，改善效果明顯。

[1] 張貴寶，陳軍，王曉方.基于板料成形數(shù)值模擬的沖壓模具結(jié)構(gòu)分析方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008，44(8)：174-179.

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(責(zé)任編輯 劉 舸)

Improve Consistency of Actual State and CAE State of Gas Spring Panel Drawing Die

HE Fang-ke1, ZHANG Lei2, XIE Wei-dong1, YIN Yan-chun2

(1.Zhejiang Geely Manufacturing Engineering Center，Ningbo 315336，China； 2. RAYHOO Motor Dies Co., LTD., Wuhu 241006, China)

The characteristic curve of gas spring’s pressure was analyzed in detail. Study shows that gas spring’s initial force is determined by the initial pressure, and spring force increase with the increase of stoke. By reducing gas spring’ initial pressure from 11 MPa to 9 MPa, and applying variable binder force simulation, scene panel crack was eliminated, and the consistency of actual state and CAE was improved.

gas spring；initial pressure；stroke；binder force；crack

2016-12-18 作者簡介：何方可(1983—)，男，工程師，主要從事汽車模具及板料成形性分析方面的研究，E-mail:175812703@qq.com。

何方可，張雷，謝衛(wèi)東，等.氮?dú)鈴椈衫幽，F(xiàn)場狀態(tài)與CAE分析一致性的提高[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(5):34-38.

format：HE Fang-ke, ZHANG Lei, XIE Wei-dong,et al.Improve Consistency of Actual State and CAE State of Gas Spring Panel Drawing Die[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(5):34-38.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.05.006

U463

A

1674-8425(2017)05-0034-05