基于AutoForm的汽车制动盘防尘罩冲压反弹优化

2022-01-25黄佳锐

金属加工(冷加工) 2022年1期

黄佳锐

广东省南方技师学院广东韶关 512200

1 序言

客户提供的产品材料不同，模具分型面也要根据材料的反弹程度作出相应调整。按照通常的模具开发流程，对最初设计的上、下模分型面进行多次、反复的试冲验证，实测产品成形后的尺寸，最终得到模具所需的分型面数据。这种开发流程效率太低，且经过多次CNC重复加工后，模具产品的表面质量也会受到较大影响。

2 产品的使用要求及分析

某模具工厂接到一对汽车刹车盘上的产品模具订单，产品名称为制动盘防尘罩（见图1），产品材料选用GW01铝合金，量产数约为100万件，最大外形尺寸约为f350mm，料厚1mm。

图1 制动盘防尘罩

汽车制动盘防尘罩是汽车制动盘的重要保护部件，如果防尘罩的强度和刚度不足，就会在遭受石子等异物撞击后发生弯曲变形，导致防尘罩与制动盘发生不正常的接触摩擦，造成制动异常，影响车辆的制动性能，对整车的行车安全造成潜在威胁。

根据产品的使用条件，要求成形零件外观无开裂、起皱及压伤，并且边缘无毛刺等缺陷，翻边平面度及匹配公差符合技术要求。该产品非外饰件，后期需要点焊到刹车盘的零部件上，因此要求贴合的平面度较高，尺寸匹配要求也较高。产品的外观尺寸如图2所示，外观形状的高低差为20mm，涉及多个斜面和圆弧面，采用的材料GW01铝合金是在6061铝合金基础上研发的一种新型高强度铝合金[1]。

图2 产品的基本外观尺寸

3 CAE模拟分析软件中的分析结果

按照客户所提供的产品3D图，根据初始贴合状态，对模具上、下模进行分模设计，将分模后所得到的模面（见图3）导入AutoForm R6软件中进行整个拉深成形过程的有限元数值模拟，通过观察每道工序对成形过程中圆角半径和形状毛坯的改变，对比不同工艺参数对拉深质量的影响，从而预测潜在的成形缺陷，如拉裂、起皱等情况[2,3]。

图3 制动盘防尘罩的初始分模面

模具设计开发时，一般采取的工艺顺序是将整个产品的变形量控制在模具的第一道拉延工序中，随后仔细观察整个部件是否存在其他扭曲变形或反弹，再在第二道修边工序中进行剩下的局部修整。该工艺比较易于处理，反之，等材料在冲压过程中发生了塑性变形后再处理，遗留下来的工作量就会非常大。该制动盘的拉延工序如图4所示。

图4 制动盘的拉延工序

将该产品在原设计合模状态下的模面导入AutoForm软件分析反弹数据，得到的反弹运算结果如图5所示，在拉延后的垂直方向，反弹的最大值为＋5.341mm，最小值为－6.521mm，整个产品的反弹差值相对较大。参考AutoForm软件的分析结果，进行局部修正，在模面的合理位置添加拉延筋或平衡块，以控制材料的流速，从而控制反弹结果。通过CAE软件的反弹运算可知，在模具设计阶段就要考虑反弹数据差值，根据产品材料特性的不同，对凸、凹模仁的参数进行分模面的补偿修正。

图5 AutoForm软件的反弹运算结果

4 结合CAE数据在UG软件中进行模面位置调整

按照CAE分析的反弹数据进行模具生产后，模具进入产品试冲阶段。通过试冲结果来观察产品的实际变形情况，利用客户提供的产品检具进行数据采集。图6所示产品在检具（见图7）中反馈得到的相应数据显示，局部位置仍有1.2mm的弹性变形。结合该变形的数值、方向及位置，在UG软件中进行相应的曲面补偿调整。一般情况下，在利用UG软件调整完变形位置后，还要进行CNC补偿加工与钳工修复。

图6 产品实物

图7 厂家提供的产品检具

该模具的总体变形情况基本已经得到控制，利用UG软件进行调整时，通过提取需要的变形面曲线，如图8所示，连接所有曲线生成一个新的曲线框（见图9）。再利用Omni自由变换器，将需要调整的曲面复制到新的曲线框位置，建立新的曲面，以偏移型面位置来补偿变形的差值距离，将该曲面向需要调整的方向偏移－1.2mm，调整后的曲面如图10所示。