基于CAE的侧围内板中段成形工艺分析及模具设计

2018-07-23崔礼春徐迎强

锻压装备与制造技术 2018年3期

崔礼春，徐迎强

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601）

1 工艺分析

侧围内板中段零件如图1所示，材质DC04，料厚1.0mm，不仅在高度方向上呈“台阶”形式，在水平方向也有弯曲，且左侧端头位置存在型面落差，不利于成形走料。该零件成形关键在于工艺方案的选择、工艺补充面的生成及工艺参数设置，而目前CAE仿真可有效使冲压成形由“经验”走向“科学”，由“定性”分析走向“定量”计算，从而优化工艺参数，缩短模具试模周期[1-4]。本文基于CAE平台技术，研究侧围内板中段成形工艺，完成拉深模的结构设计。

图1 侧围内板中段

2 工艺方案

该零件传统成形工艺方案，采用了左右合件的封闭拉延工艺，如图2所示，包括拉延型面1，坯料线2，分模线3，拉延筋4及拉延后零件边界线5。其工艺缺点如下：

图2 传统拉延工艺模面

（1）拉延型面的工艺补充面较多，其材料利用率仅为30%；

（2）两零件相连部分长度大，需多序分切，且拉延型面为封闭形式，后续修边后存在较大应力释放，回弹较大，必须增加整形工序，因此工序内容多，包括 OP10拉延，OP20修边冲孔，OP30修边分切，OP40修边翻边整形，OP50冲孔侧修边，降低生产效率，增加模具工装成本；

（3）图1左侧端头位置存在型面落差，不利于成形走料，起皱开裂风险较大，工艺适用性差。

图3 基于单边压料的敞开拉深工艺模面

工艺补充后型面如图3所示，为提高材料利用率及减少工序数，优化零件品质，结合零件造型特点，采用了基于两侧压料的左右合件的敞开拉深工艺，包括成形型面1，坯料线2，分模线3，拉延后零件边界线4、送料方向5、槛结构压料面6、驱动压料面7、预先压料面8。其工艺优缺点如下：

（1）基于拉深成形后修边工艺，来保证零件料边准确性，其工艺补充面较少，其工艺材料利用率达57%；

（2）两零件相连部分长度段，设置一序分切，且敞开拉深后进行修边，板料存在较小的应力释放情况，同时CAE仿真可优化型面回弹量，无整形工序，因此工序内容少，提高生产效率，降低模具工装成本；

（3）由于压料不构成封闭轮廓，有利于图1中左侧端头位置处落差型面成形，规避零件起皱开裂风险，工艺适用性强，因此合理分布托料点及平衡托料力就成为模具结构设计的一大要点；

（4）考虑成形充分，槛结构压料面6采用槛结构对坯料进行约束，考虑两侧压料不同步，保证板料定位稳定，采用预先压料面8预先压料工艺，因此最终拉深过程：预先压料面8下行预先压料→槛结构压料面6下行槛结构约束→驱动压料面7下行成形零件；

（5）本成形工艺受力不平衡，其侧向力较大，为保证模具导向精度及模具强度，上模座及下模座设置侧导向机构，保证压料块工作稳定性；

（6）这种拉深方式采用两侧压料方式，模具结构相对复杂。

3 CAE仿真

一般传统评估拉深工艺的好坏，是采用经验和类比设计方法，待模具设计完成后，用规定的板料在模具中冲压零件，再按照零件出现的各种质量问题如破裂、起皱、刚性不足、回弹过大等，对模具和冲压工艺参数进行反复修正，直到冲出合格零件为止。而基于CAE仿真平台技术，可解决此问题[5-9]。

3.1 有限元建模与参数设置

在UG软件中对原有产品数模进行工艺面补充，建立满足仿真要求的零件三维模型，再导入Dynaform软件中进行冲压仿真。材质为DC04，料厚1.0mm，板料为落料后的料边轮廓，预先压料面8和槛结构压料面6压边力4.0x105N，驱动压料面7压边力2.0x105N，摩擦系数为0.15，零件刚性为50，利用Dynaform建立有限元模型，如图4所示，包括驱动压料面7、槛结构压料面6、预先压料面8、坯料2、成形凹模面1、托料模块3。

图4 有限元模型

3.2 成形过程及结果分析

从图5成形效果图可以看出，零件成形充分，回弹量小，且无开裂风险，成形效果佳，满足工艺需求。后续工作将以此模面进行模具设计工作，将设计风险降到最低，为制造出合格的冲压件做准备。针对此方案进行后工序工艺设计，为保证产品后续工艺的可行性，模具强度及零件最终质量，确定最终工艺内容：OP10落料，OP20拉深成形，OP30修边冲孔，OP40分切修边冲孔，如图6所示。

图5 成形效果图

图 6 OP30、OP40工艺

4 模具结构设计

模具以零件下型面为基准（凹模基准），凸模按照单边1.0mm配做，模具结构图如图7～9所示。上模增加排气孔ø6mm，便于零件脱离凸凹模型面；本工艺受力不平衡，其侧向力较大，为保证模具导向精度及模具强度，上模座及下模座设置侧导向机构；两侧压料氮气弹簧型号，因根据所需压边力来设计，以保证压边力均匀及大小合适，同时氮气弹簧应串联连接，若某氮气弹簧损坏，充气时可及时发现并更换[10-12]。