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CAE回弹弥补手艺在CS95高强度钢梁类模具开辟中的操纵

来历:  陈俊,曾兵华,江明洁     时候:  2018-03-12 10:49
CAE回弹弥补手艺在CS95高强度钢梁类模具开辟中的操纵
陈俊,曾兵华,江明洁
择要:本文连系高强度钢舱边梁后段的成形工艺难点和回弹较大的特色,操纵CAE阐发手艺对其停止全工序阐发和回弹阐发,对其成形缺点和回弹趋向停止了有用的瞻望。同时对回弹发生的缘由停止阐发,拟定公道的回弹弥补计划,并操纵CAE反向回弹弥补手艺对模具型面停止弥补,弥补后CAE考证回弹均在请求的+-0.5mm以内;将回弹弥补后的模具型面停止加工,经该模具出产的样件的尺寸精度知足请求且样件的及格率达92.46%,为高强度钢梁类整机的CAE回弹弥补供给了必然的参考。
关头词:高强度钢;舱边梁后段;回弹阐发;回弹弥补
 
The application of CAE springback compensation technology on CS95 high strength steel beam mold development
Abstract: In this paper, the forming process and springback analysis of the side beam rear section on the high strength steel are studied by means of CAE analysis technology. The forming defects and springback trend are predicted effectively, and the reasonable springback compensation scheme is formulated based on springback. The die surface is compensated by using CAE inverse springback compensation technology. The value of springback is within the requirements. The precision of sample produced by mold after the compensation of springback meets the requirement and the qualification rate of sample is 92.46%. It provides a certain reference for CAE springback compensation of high strength steel beam parts.
Key words: high strength steel; rear section of the side beam; springback analysis; springback compensation
 
跟着人类经济程度的前进,人类所面对的环境和动力危急题目也日趋加重,再加上人类对优良产物的寻求,使制作业的成长突飞大进,汽车行业也如斯1。最近几年来汽车行业的成长很是敏捷,为领会决以上坚苦,各类百般的新型制作手艺、新工艺层见叠出,此中最有用的新手艺是以前进前辈的高强度钢板和前进前辈的制作手艺相连系的汽车轻量化手艺。
汽车轻量化手艺不只仅是纯真的从加重汽车的分量方面来斟酌,它是在保障各类汽车宁静机能的条件下经由进程操纵轻质资料或出格资料与优化汽车车体布局相连系来下降汽车自重的一种体例[2]。以后汽车轻量化手艺首要经由进程汽车布局优化、轻质资料的操纵和接纳高强度钢板的制作手艺来实现。在以上的几种实现路子中,从头设想车体布局破费的本钱较高且车体布局的优化空间较小;轻质资料的操纵比例愈来愈高,但因为资料本身存在缺点很难在短时间内获得大规模的操纵;与这两种手艺比拟,高强度钢板的制作手艺的操纵远景更加广漠[3]。
1.高强度钢板成形所面对的手艺坚苦
高强度钢板在汽车轻量化手艺中的操纵首要是经由进程接纳较薄的高强度钢板来替换较厚的低碳钢板,从而到达加重分量的目标[4]。在力学机能方面,高强度钢和通俗低碳钢存在较大的差别,因其较高的强度和较低的塑性使其在不异的工艺条件下比通俗的钢板更轻易分裂且回弹较大,难以保障产物的尺寸和外形精度[5]。其回弹发生的缘由首要有以下几个:
(1)板料的成形不够,成形竣事时制件的某些地区还处于弹性变形阶段,弹性变形规复致使发生回弹。
(2)板料在成形进程中,发生塑性变形的同时伴跟着弹性变形的发生,在板料成形竣事后跟着弹性变形的消逝一样会发生回弹。
(3)板料在成形竣事时内表面处于受压的应力状况,表面面处于受拉的应力状况,当外力卸载后因为制件内、表面面存在的压差而发生回弹。
最近几年来板料成形CAE阐发手艺飞速成长,不只要助于高强度钢板的设想优化和模具的开辟,还能精确有用的停止板料的成形性阐发和回弹阐成长望。接纳靠得住的资料参数来停止公道的CAE阐发,瞻望的回弹趋向和现实的检测成果根基分歧。是以按照CAE阐发成果,在后期的设想阶段拟定公道的回弹弥补计划和在后期展开回弹弥补,能更好地开辟高强度钢模具,同时也能延长模具的开辟周期和削减模具的整改次数。
本文以舱边梁后段整机为例,从产物的冲压工艺设想方面动手,连系CAE阐发及回弹弥补手艺,在设想阶段实现型面的回弹弥补任务。并连系现实出产停止成果考证,堆集了高强度钢板梁类整机回弹题目处理体例的可贵经历,为处理此类题目供给了很好的参考感化。
2、整机的工艺性及无限元阐发
2.1整机的工艺性阐发及工序排布
图1为长安CS95车型的舱边梁后段整机,所用资料为B340-590DP,详细资料参数如表1所示,整机的厚度为2.2mm;该整机为首要的汽车车体布局件,首要感化是承载、避免车体变形和接收打击能量等。由图可以或许或许看出,该整机呈“S”型,底面为曲面,很轻易发生歪曲变形;两侧壁的间距是中心大两头小,且拉延深度为145mm,凡是环境下成形较为坚苦,中心地位很轻易开裂、两头地位很轻易起皱,接纳惯例的成形体例难以节制整机侧壁的品质和整机的歪曲变形,故接纳拉延成形体例;另外由表1可知,资料的屈就强度和抗拉强度较大,故凡是环境下整机的回弹也较大。为了节制整机的回弹和歪曲变形,必须在设想工艺型面时斟酌操纵CAE软件对整机停止回弹弥补,且常常须要迭代屡次能力到达较为抱负的成果,加上整机较厚,须要在后工序增添整形工序来校订整机。是以按照整机本身的布局特色和工艺性,再连系现实的出产环境,可将整机的冲压工艺进程停止以下排布:工序一,拉延;工序二,切边+冲孔;工序三,侧整形;工序四,切边+冲孔+侧切边+侧冲孔。
图1 舱边梁后段整机
 
表1 B340-590DP钢的资料参数
屈就强度/MPa
抗拉强度/MPa
 
n
r
45°
90°
646
0.188
0.93
0.9
1
2.2 全工序成形和回弹阐发
CAE回弹弥补手艺的条件是要先对整机的回弹趋向和回弹量停止瞻望,即操纵CAE摹拟软件对整机停止全工序成形及回弹阐发,确保整机成外形态杰出,在工艺设想阶段对可以或许或许呈现的缺点停止瞻望并消弭,为回弹弥补供给较为靠得住的按照[7]。
该整机接纳AutoForm软件来停止CAE数模摹拟阐发,拉延工序的无限元阐发模子如图2所示,板料料厚为2.2mm,磨擦系数为0.15,压边力为120T;为了使拉延以后的整机可以或许或许更好地贴合后工序模具,拉延要斟酌缩放比例;斟酌要停止回弹阐发和后续的回弹弥补,以是接纳AutoForm软件最紧密的摹拟参数设置形式-FV终究考证形式,同时网格模子为EPS-11弹塑性壳单位。
图2 拉延工序的无限元阐发模子
整机的重力加载环境如图3所示,在整机的重力加载阶段,板料只遭到重力的影响,该阶段请求板料无较着的上凸和下塌等附加变形,避免板料在压边圈闭合进程中因为资料的活动不平均而形成整机的起皱或开裂,由图3可知板料在此进程中较为平坦,无附加变形。
图3 整机的重力加载环境
在板料的冲压成形进程中,须要操纵压边圈来节制板料的活动,从而使板料可以或许或许平均地活动来避免板料的起皱,以是压边圈的闭合进程不能有起皱翘曲等景象,压边圈的压边力为120T,压边圈闭合进程中板料的变形环境如图4所示,由图知板料在此进程中无起皱翘曲景象发生。
图4 压边圈闭应时板料的变形环境
经屡次频频摹拟阐发获得了拉延工序整机如图5所示,由图可以或许或许看出,整机的成形较为充实,无起皱和开裂景象且成形进程板料活动环境较为平均。
图5 拉延成形后的整机
颠末后续的切边冲孔和整形工序以后,获得终究的整机如图6所示,由图可知,切边冲孔和整形工序后的整机不皱不裂,这是停止整机回弹阐发的根本。

图6 终究的整机
整机的全工序阐发经由进程后,对整机停止回弹阐发。起首对整机停止自在回弹阐发来判定整机的回弹趋向,整机从第一工序到第四工序的回弹成果如图7所示。由图可知,整机各工序的回弹趋向比拟分歧;在OP10拉延成形后,整机有几个局部地区的回弹较大,首要集合在整机的两头和侧壁地位;颠末OP20切边以后因为应力开释使侧壁的回弹值有所回升,别的地位的回弹变更不大;整机在OP30整形后侧壁的回弹值有削减趋向,但两头的回弹值增添,出格是整机前真个法兰局部;整机在OP40停止局部的切边和冲孔,该工序属于整机的应力开释进程,回弹值变更不大。
图7 整机各工序的回弹
3 高强度钢板的CAE回弹弥补手艺及成果考证
回弹弥补道理[8]:操纵无限元数值摹拟计较回弹,而后在预估有回弹的地区作出反标的目的的弥补值,使整机成形后的反弹恰好与弥补值对消,从而获得及格产物。
由以上整机的全工序成形阐发成果可知,整机成外形态比拟不变,不起皱和开裂景象;由整机的回弹阐发成果可知,整机的回弹首要发生于前三工序,故开端设定三种弥补计划。
计划一:只弥补拉延工序;
计划二:只弥补第三工序,即整形工序;
计划三:弥补前三工序。
上面将按照这三种弥补计划来停止回弹弥补,最初挑选一种较为公道的弥补计划,回弹弥补挑选终究考证-FV形式停止计较,挑选EPS弹塑性壳单位,最大单位角度为22.5°,最大料片网格细化品级为6,接纳活动软化模子的资料和求解器,模具网格保障在90°R角最少有8个单位。
3.1弥补拉延工序
计划一:只弥补拉延工序,弥补地区如图8所示,型面分别为弥补地区、过渡地区和牢固地区。先测验考试用1作为弥补系数,对照弥补迭代两次的成果如图9所示,由回弹成果对照可知,迭代第一次、迭代第二次的回弹成果比拟产物本来的回弹均有所改良,在整机前端地区和法兰地区的回弹值仍是比拟大,且第二次迭代成果全体上比第一次的成果稍差,弥补成果不太抱负。
图8 计划一弥补地区
图9 计划一弥补系数为1的回弹弥补成果
再次测验考试停止弥补系数为0.8的弥补,其弥补后的回弹成果如图10所示,由回弹弥补的成果可知,两次迭代的弥补成果均比弥补系数为1的成果好,可是整机的法兰地区的回弹仍是较大,还须要改良。再测验考试用弥补系数为0.9、1.1和1.2来停止弥补,弥补成果均不如弥补系数为0.8的,以是终究肯定选用0.8作为最好的弥补系数来停止别的计划的弥补
图10 计划一弥补系数为0.8的回弹弥补成果
3.2弥补第三工序
计划二:弥补第三工序(整形工序),弥补系数为0.8,弥补地区如图11所示,弥补后的回弹成果如图12所示,由回弹弥补的成果知仅对整形工序停止弥补,成果和只弥补拉延差未几,法兰地区的回弹值减小但侧壁的回弹值增大,法兰地区的回弹如图13所示,以是该弥补计划成果也不较着。
图11 计划二弥补地区
 
图12 计划二弥补系数为0.8的回弹弥补成果
图13 计划二弥补系数为0.8的侧壁回弹成果
3.3弥补前三工序
计划三:弥补前三工序,弥补系数为0.8,弥补后的回弹成果如图14所示,由回弹弥补的成果知,将弥补迭代一次后,整机的回弹只要前端小片地区和法兰局部较大,别的地区的回弹均较小;将弥补迭代第二次后,除整机前端小片地区外别的各地区的回弹均在+-0.5mm以内,到达了回弹弥补的抱负请求,终究接纳该计划迭代两次的数据。
为了保障型面品质到达加工请求,需对回弹弥补的型面停止A面重构后再次考证,考证成果和计划三迭代第二次的回弹成果分歧,证实了回弹弥补成果的精确性。
图14 计划三弥补系数为0.8的回弹弥补成果
3.4模具的加工、制作及弥补成果考证
接纳回弹弥补后的模具型面停止加工、制作,获得如图15所示的高强度钢舱边梁后段模具。
图15 高强度钢舱边梁后段模具
将模具停止拆卸、调试后,出产的整机在检具上检测状况如图16所示,由图知该样件无起皱和开裂景象,几个关头部位的尺寸精度检测均及格,及格率达92.64%,知足卸车请求
图16 成形样件关头部位的检测
4论断
(1)操纵CAE阐发手艺可停止整机的全工序阐发和回弹阐发,可以或许或许精确、有用地对整机的成形缺点和回弹趋向停止瞻望,为后续的模具型面回弹弥补供给实际根本;
(2)按照整机的特色和后期CAE阐发得出的回弹成果,拟定公道的回弹弥补计划,并操纵CAE反向回弹弥补手艺对模具型面停止弥补,弥补后CAE考证回弹均在请求的+-0.5mm以内,有用的处理高强度钢板回弹大的题目;
(3)对样件停止检测,尺寸精度在及格规模内,样件的及格率达92.64%,考证了CAE回弹弥补手艺的精确性,为CAE回弹弥补手艺在高强度钢梁类整机上的操纵供给必然的参考。
参考文献:
[1]李彦波,刘红武 汽车轻量化冲压手艺及其数值摹拟[J]计较机帮助工程,2013(6):90-94.
[2]岳博,徐晶才 汽车轻量化手艺的前进与瞻望 [J]天下制作手艺与设备市场,:2015(5):100-102.
[3]杨亘,夏琴香,邱遵文,叶福源 高强钢板在汽车上的操纵及冲压成形机能研讨近况[J]古代制作工程,2017(7) :138-143.
[4]Yan Zhang,et al. Lightweight Design of AutomobileComponent Using High Strength Steel Based on DentResistance[J].Materials and Design,2006,27:64-68.
[5]方刚 高强度钢板冲压成形机能及回弹特征的研讨 [M]重庆:重庆大学,2011.
[6]李悦 汽车用高强度钢的成长[J]汽车工艺与资料,2012(9):36-42.
[7]常桂静,曾兵华,江明洁,陈身武 纵梁前段全工序回弹瞻望与节制[J]紧密成形工程,2015(4):37-41.
[8]宋灏,毕大森,李超,关啸基于位移回弹弥补道理的汽车增强板回弹弥补研讨J重 型 机 械,2015(1):49-52.

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