Autoform在拉延筋快速修磨中的应用探析.docx

以现场生产过程为依据，在实践中摸索和总结经验，基于某商用车车型后围外板，通过Autoform有限元分析软件建立拉延仿真模型，并根据仿真模拟的分析结果制定了后围外板开裂、隐裂和褶皱质量缺陷的解决方案，提供了一种通过拉延筋的微调修磨解决质量问题的快捷便利新方法。在当前商用车领域，针对生产过程中出现的质量问题，技术人员需要对模具的维修方案进行反复研讨、论证、调试和试生产，特别是对于开裂、隐裂和褶皱等产品型面变化及外观类问题，由于问题产生原因的更杂性和冲压行业本身的特点，主要依赖于技术人员在生产实践中长期积累的经验，如果经验与实际出现偏差，就会造成大量人力、财力和物力的浪费，大大延长了生产周期。随着计算机技术、仿真技术的发展和应用，目前广泛采用的塑性成形理论、数值分析技术、冲压技术和计算机技术为分析冲压成形过程提供了更直观、更便利的方法，为直观快捷地查找冲压质量问题原因、解决冲压产品关键质量问题提供了可能。1 .冲压拉延工序常见缺陷及原因分析大型外覆盖冲压件拉延工序成形形状很复杂，通常延周成形深度较大，内部存在较多造型、加强筋等，由于成形面积大、成形深度不同，内部型面很大程度上依赖于材料塑性变形,对材料成形性能有较高要求。此外，由于成形深度深、形状复杂，容易出现制件翘曲变形、表面擦（拉）伤、拉裂及褶皱等质量缺陷。2 .仿真分析模型的建立与验证（1）拉延筋布置在冲压成形中，为了限制板料的流动，需要设置各种形状的拉延筋。Autoform中不需要建立实际的拉延筋有限元模型，而是采用一些曲线来模拟拉延筋行为，当板料流过时，施加拉延筋阻力。本文采用等效拉延筋方式（见图1）,在分析时可以很方便地调整拉延筋阻力，节省分析时间，分析完成后再根据相应的拉延筋阻力系数来确定真实拉延筋的几何形状。（2）仿真分析模型的建立某商用车车型后围外板CAD模型如图2所示，依据此模型建立仿真分析模型。根据生产中的实际情况，设定压边力为165t,摩擦系数为0.17,拉延筋设置为阻力系数0.65的均匀拉延筋，板料尺寸为253OmmXl80OmmXo.9mm,材料为宝钢DC04-0.9-Q/BQB403,冲压材料的特性见表U其他采用默认设置，未进行优化。初步模拟的后围外板仿真分析模型如图3所示，模拟完成之后，重新打开设计文件即可看到模拟结果，点击视图界面的进度条可清楚查看拉延过程中每一瞬时的成形情况。图2后围外板CAD模型表1冲压材料特性用途随服强度MP抗拉霖度/MPa断后伸长率（%）主要化学成分（Jfi量分数）（%）深冲130-210270>34CMnPSAlt<0.08<0.40<0.025<0.020>0.015图3后围外板仿真分析模型初步模拟结果中出现的开裂如图4所示，实际生产中出现的开裂如图5所示。成形极限图（见图6）用不同颜色表示零件的成形情况，点击不同颜色区域可以定位到当前零件处于该颜色所代表的状态的位置，从而直观地了解板料在冲压过程中材料的流动情况，方便根据所产生的问题进行修模或调整参数。图4初步模拟结果中的开裂图5实际生产中的开裂图6初步模拟成形极限图3 .拉延筋的改良及仿真分析在图4所示后围外板初步模拟结果中，不但出现了与实际生产中相符合的开裂缺陷，而且可以看出零件的上侧和右侧存在张拉不充分的现象，张拉不充分会使零件的刚度降低。当两种问题同时存在时，是无法只通过对模具的整体调节（调整压边力、改变模具与板料的摩擦系数等）来排除缺陷的，必须调整拉延筋，才有可能排除这两种缺陷。Autoform仿真模拟为局部位置的拉延筋处理提供了一个有效的方法来较直观地判断处理效果，同时也为处理过程提供了方法依据。设置拉延筋比增大压边力的调整更加灵活，可以根据需要设置拉延筋形状及阻力系数，如图7所示。合适的拉延筋状态是冲压件拉延工序产品质量状态得到保证的重要前提。图7调整后的拉延筋形状及阻力系数调整拉延筋各段阻力系数后，再次进行仿真模拟，得到的结果如图8所示。从新的模拟结果及过程动画中可以看出，拉裂缺陷消除，零件各部分的进料速度趋于均匀，张拉不充分的面积明显消失，零件的强度得到了提高，成形过程中的起皱消失，说明该调整是合理的。图8拉延筋调整后的模拟结果4 .拉延筋改良的现场操作将图7中拉延筋的形状及阻力系数应用在实际模具上，拉延筋分布位置如图9所示。根据阻力系数的不同确定各位置拉延筋高度。二拉延筋位置图9拉延筋分布位置模型仿真结果如图10所示，存在开裂问题。在成形过程中开裂位置材料流动阻力过大,导致材料塑性变形因超过其延伸率而造成开裂。由于开裂位置成形结构复杂,成形深度较深,该位置压边圈垂直于材料流动方向设置有阻力系数为0.5的均匀拉延筋，拉延筋对材料法向产生流动阻力，该法向阻力是影响材料流动性的重要因素。根据分析，开裂位置所需材料由区域A材料流动补充，由于该区域受到的拉延筋阻力过大，造成材料因流动性差而出现开裂。减小区域A拉延筋阻力系数会增加材料在该区域的流动性，产品开裂状态会有所改善。根据分析，减小该位置仿真模型拉延筋阻力系数至0.35。在仿真模型拉延筋优化改善的位置采用降低拉延筋高度的方法进行处理，利用砂轮机对后围外板对应位置的拉延筋进行打磨，降低其高度。处理前模具拉延筋为四周整体拉延筋，测得区域A拉延筋高度为6.3mm,调整后区域A的高度为5.0mm,减小了材料拉延成形时对应位置的流动阻力。模型拉延筋阻力系数优化调整后，再次进行仿真模拟，成形极限图如图11所示，材料厚度分析如图12所示，成形性分析如图13所示。分析结果，安全区域、张拉不充分区域、压缩区域和增厚区域面积总体变化不大,表明拉延筋局部位置的调整对产品件其他区域成形状况影响不大.图Il调整后的成形极限图图12材料厚度分析图13成形性分析根据仿真结果，对局部位置拉延筋阻力系数进行优化后，开裂位置状态显著好转（见表2）o由表2可看出，开裂面积变小，由0.04%下降为0.02%,产品件变薄的面积也由0.06%下降至0.02%,部分位置由开裂转变为开裂风险，表明区域A拉延筋阻力系数对后围外板开裂问题存在一定的影响，减小该位置拉延筋阻力可以有效改善开裂问题。表2优化前后模型不同状态面积占比（）模型状态开裂过渡变薄变薄安全张拉不充分压缩增厚初始0.040.020.0674.2513.184.907.55优化拉延筋0.020.020.0274.2313.334.797.59根据图12所示材料厚度分析图，除开裂位置以外，仍存在其他局部位置变薄面积较大的状况，对于变薄位置需要控制其面积占比，尽量减小变薄面积，并将其对应位置纳入质量控制文件作为重点监控点。由于过多减小局部拉延筋阻力系数存在造成延周其他位置材料堆积的风险，所以区域A仿真模拟拉延筋阻力系数优化为0.35,开裂问题的持续改善通过调整其他影响因素进行处理。根据仿真模拟结果，现场模具维修可以对区域A拉延筋进行处理，减小拉延筋高度、增大拉延筋R角，从而减小该位置拉延筋对材料的法向流动阻力。5 .结语拉延筋对冲压产品件拉延成形过程特别是对产品开裂、褶皱的发生和抑制有重要影响。尤其是在因产品成形深度较深、成形受力更杂等容易出现局部开裂、减薄等缺陷的风险位置,可以通过灵活调整拉延筋的状态调节材料流动性，保证材料成形过程中的流动稳定性，保证产品质量。此外，在模具维护和拉延工序质量控制过程中，对拉延筋的处理也是重要手段。但由于对拉延筋打磨、焊补及造型处理等需要较长时间，并且拉延筋处理后可能造成难以预知的状况，所以在实际操作中对拉延筋的处理要非常谨慎，大范围调整拉延筋状态不是生产过程中处理问题的首选，局部灵活调整、充分验证是拉延筋状态调整的合理方式。附汽车冲压模具中的拉延筋布置及作用详细讲解汽车模具制造过程中拉延筋的作用及布置原则，侧重于研讨冲压工艺中如何应用拉延筋生产优质合格的冲压件、为了增大进料阻力，防止起皱，能够增加板料变薄量，同时也为其他类似车型的开发提供参考案例。汽车制造工艺是连接产品设计与生产制造的重要环节。冲压工艺部门从产品设计阶段开始就与产品设计部门开展同步工程，协同工作，使产品设计即满足产品设计使用需要，又为冲压模具开发与生产使用提供满足要求的冲压规划和工装设计方案。拉伸筋是一种为增加拉伸时板料流动阻力而设置在模具上的一种东西。形状有方形拉伸筋、半圆形截面拉伸筋，阻力再大一点的有拉伸坎。为什么要弄这些东西呢？为了增大进料阻力。为什么要增大进料阻力呢？为了防止起皱。太多的材料流入会导致起皱。增设拉延筋能增加板料变薄量。本文对门外板、内板及顶盖模具制作过程中，拉延筋在冲压工艺设计上的应用进行了详细分析，冲压工艺设计过程中即体现了产品工艺性设计的要素，同时为后续车型产品设计、冲压工艺规划与设计也有借鉴意义。拉延筋的类型及设计要点拉延筋的制作包括凸筋与凹槽的匹配（圆筋对圆槽，方筋对方槽）。过度（端头过度和不等截面过度的长度必须大于50mm）。拐角部（尽量用太阳筋，其次用圆筋，高度为3mm,或是5mm,特殊情况为方筋，高度为3mm,>）o双筋（双筋中心线间距为30mm）。筋到凹模圆角的距离（筋的内切点与凹模圆角的切点之间必须有35mm的平台）。筋与缩料线的距离（筋的中心线与缩料线的最小距离为15mm）。筋的圆角半径（凸筋的凸圆角与凹筋的流入流出凸圆角半径，最小为RL5mm,最大为R5mm,超出此范围的需调整筋的高度）。筋的底面（方筋的底面必须与压边面平行）。拉延筋的制作依据及方法拉延筋的制作依据在工艺前期阶段，我们经常会应用autoform通过虚拟筋来来计算制件的成型，这样比实体筋计算的时间短，而且调整筋的强度很方便，在工艺的后期阶段，即在制作工艺加工数据阶段，必须在拉延序制作出实体筋的型面。在这之前必须确保此工艺尤其是拉延筋的强度状态为最佳，然后通过autoform进行成型的模拟运算，验证成型过程中虚拟筋和实体筋的一致性。如果实体筋的拉延型面和虚拟筋的拉延型面计算结果一致，即可下发加工数据，如果实体筋的结果与虚拟筋的结果不一致，找到两个模拟结果的差别所在之处，更改筋高或筋的圆角R值后重新模拟计算。如此调整指导模拟结果和虚拟筋的结果一致，即可下发加工数据。当虚拟筋的模拟结果得到认可，且制件成形性较好，那么虚拟筋的数据可根据autoform软件的拉延筋生成器来确定拉延筋高度和R的大小。拉延筋的制作方法根据虚拟筋的系数设定好拉延筋的高度，调节流入流出角使得到的系数和虚拟筋系数对应，拉延筋上模的只需要确认拉延筋的高度，然后做清角处理，压边圈的筋高由上模的拉延筋偏置间隙得到。流入流出角要考虑制件的基准侧，如果是上型基准，那么得到流入流出角必须加一个料厚，如果是下行基准，那么按照计算出的流入流出角建型即可。制作拉延筋的注意事项保证管理面：首先提取凹模圆角的下边界，把此曲线在压边圈的型面上进行偏置，确保管理面有IOmm左右。拉延筋高度：拉延筋高度要比虚拟筋系数的数值略大，一般情况下加1mm。拉延筋宽度：整个拉延筋应该保持相同的宽度，特别是角部过度区域。流入流出角：必须保证起作用的圆角不能小于R3。对于厚板料筋高最多3mm,角部一般不做拉延筋，另外对于压边圈型面曲率较大的时候，靠近管理面的圆角可能存在负角，此时负角处做Z向面然后上下重新倒圆角。拉延系数设置对于浅拉延浅成型的制件（如车门外办、发动机罩外板、顶盖等）采用方筋，系数一般设置在0.71.2。对于浅拉延深成型（例如侧围、背门外板），采用方筋和圆筋或是双圆筋结合的方式，系数通常设置在0.40.7。拉延浅成型（发动机罩内板、前地板等），通常方筋，系数在0.71.2。对于深拉延深成型（行李箱内板、门内板等），根据需要采用单圆筋或双圆筋，厚板料区采用单圆筋。太阳筋设置原则：对于浅拉延浅成型零件，在分模线转角约90°以内时，可采用太阳筋。拉延筋的应用深浅拉延成型过程中拉延筋的应用原理浅拉延浅成型中的应用：对拉延深度比较浅的外板类零件一般采用浅拉延浅成型，为保证材料在应变的两个主力方向进行充分延伸，需要以纯涨形是近似涨形的方式成型这样才能满足CAE分析过程所要求的30%以内的减薄率和主应变次应变的分析要求，从而防止产生表面的局部凹陷等缺陷，为提高材料利用率需要拉延深度浅，材料流动小过时不流动，这就需要拉延筋尽可能将板料锁死，以限制板料的流动。浅拉延深成型中的应用对于拉延深度较深的外板类零件一般采用成浅拉延深成型，为保证板料成形性和控制滑移线，需要较大的工艺补充和不同的拉延筋锁料力进行平衡协调。采用纯涨形方式无法成形零件，因此成型方式为拉延+涨形，需要保持一定的材料流动。结论：影响覆盖件冲压成形的因素是多方面的、相互制约的,涉及到车身造型、覆盖件设计、冲压工艺、模具设计、模具制造、模具接触条件、材料性能、润滑、设备、生产管理等,需加以综合考虑。拉延筋作为其中一项重要的因素,在许多复杂零件的冲压成形中起着举足轻重的作用。生产需要是推动科技发展的源动力,随着日渐受到的广泛关注，拉延筋技术必将在生产实践中得到进一步的发展,从而更好地服务于生产实践。