四川省宜賓普什模具有限公司 （644007） 陳 平

基于DYNAFORM的汽車頂蓋外板成形性分析

四川省宜賓普什模具有限公司 （644007） 陳 平

汽車頂蓋外板是汽車車身外板件中零件尺寸大、表面質量要求很高的一個重要產品。由于頂蓋外板裝配時涉及到的搭接產品較多，使得要高品質地成形該產品存在較大困難。此外，頂蓋外板作為車身外板件，除了要求制品的尺寸、形狀精度符合產品數模外，還要求不能有影響車身美觀的微小成形缺陷，而且對制品的剛性也有著嚴格的要求。本文以DYNAFORM軟件為平臺，結合成形仿真技術的應用，對國內某合資汽車廠一款三廂B級轎車的頂蓋外板（見圖1）的成形過程進行研究，以便能夠更深入地了解和認識頂蓋外板的成形特性。

圖1 頂蓋外板產品形狀

一、有限元模型的建立

首先將客戶提供的產品數模用UG軟件進行數模確認，注意產品的材料、料厚、偏置方向等，檢查產品有無重疊面、漏面、尖角、負角等現象。

產品數模確認完畢后，將產品數模導入DYNAFORM軟件中，進行工藝補充面的設計。首先應分析產品拉延成形是否有負角，按照拉延深度盡量淺和拉延深度盡量一致的原則確定產品的沖壓成形方向；之后展開翻邊、填補孔洞；根據產品的形狀和趨勢設計壓料面的形狀；根據產品各部位的成形特點設計拉延筋等。將設計好的拉延工藝數模在DYNAFORM軟件中進行成形仿真計算，根據計算結果中產品可能出現成形缺陷的部位，用UG軟件對拉延工藝數模進行反復地修正和優(yōu)化，最后得到最適合產品沖壓成形的拉延工藝數模。根據最優(yōu)化的拉延工藝數模確定拉延成形的毛坯尺寸，并確定壓邊圈的行程和壓邊力等。

網格劃分的質量影響著沖壓成形分析的有效性。在DYNAFORM軟件中，用板料網格生成器（Blank Generator）劃分坯料的網格，用Surface Mesh命令來劃分產品網格。劃分網格時，要盡量使劃分出的單元是四邊形單元，且使三角形單元分布在邊緣區(qū)域。在凹模圓角等重要圓角處一般要設置至少3～4個單元適應其形狀，以便保證計算精度。劃分好網格后還要對網格進行檢查，主要檢查模面是否完整，是否有重疊、漏洞，網格的法向是否一致，并修復有缺陷的單元。

頂蓋外板的有限元網格如圖2所示。

圖2 頂蓋外板的有限元網格圖

二、產品的成形仿真分析

1.產品材料性能

頂蓋外板材料為SGCD3（JISG），國內等同材料為DX54D+Z（Q/BQB），厚度為0.67mm。SGCD3屬于熱鍍鋅鋼板，其力學性能如附表所示。

SGCD3的力學性能表

2.沖壓方向的確定

在汽車坐標系下，用DYNAFORM軟件DFE→Preparation→Tipping的自動調整（Auto-Tipping）及手動調整（Manual-Tipping）功能進行調整，在保證沖壓方向無負角且盡可能減小拉延深度差的原則下，選定合適的沖壓方向，保證凸模將工件一次拉延到位。確定頂蓋外板的拉延沖壓方向如圖3所示。

圖3 產品的拉延沖壓方向

3.工藝補充面的確定

沖壓方向確定后, 根據需要用DFE→Preparation→Unfold Flange展開翻邊, 用DFE→Preparation→Inner Fill填補孔洞,用DFE→Preparation→Outer Smooth進行外部光順。另外, 汽車外板件零件的外形輪廓有急劇變化的曲面和較高的鼓包時, 這些部位的成形容易開裂, 在工藝補充設計時, 應根據實際情況盡可能加大過渡區(qū)和過渡圓角。

然后，用Binder功能設計壓料面。設計壓料面時需要考慮產品的趨勢、拉延深度以及板料與凸模的接觸狀態(tài)等因素。

頂蓋外板的工藝補充面完成后如圖4所示。

圖4 頂蓋外板的工藝補充面

4.設定拉延筋及沖壓成形仿真參數

頂蓋外板采用單動拉延形式，拉延主壓力9300kN，壓邊圈行程為120mm，壓邊力為1300kN。拉延筋是沿產品周圈布置兩道矩形筋，如圖5所示。

圖5 拉延筋示意圖

5.沖壓成形仿真計算結果分析

沖壓成形仿真完成后，主要從以下幾方面對仿真計算結果進行分析：

（1）壓料情況和成形過程分析 壓邊圈壓料之后板料在產品面內沒有出現皺紋，圖6所示顯示了頂蓋外板的板料從壓料狀態(tài)至下死點間，板料的沖壓成形過程。板料與凸模接觸過程中，頂蓋外板四角R處的凸模最先接觸板料，然后是產品頂部的棱線部位，接下來才是產品的弧形大面。

圖6 頂蓋外板成形仿真過程圖

（2）起皺部位分析 在成形過程中，僅在坯料四角部位出現了起皺，但起皺區(qū)域都在產品型面以外，這些區(qū)域在后工序中將被切除，因此對產品表面質量無影響。

（3）材料流動線分析 頂蓋外板由于產品型面內無較大起伏區(qū)域，因此不存在材料流動線留在外觀表面的可能，能滿足客戶對產品質量的要求。

（4）開裂部位分析 圖7為頂蓋外板的變薄率圖，從中可以看出最大變薄率發(fā)生在產品頂部棱線處，原因是這些地方上、下圓角半徑都較?。≧5mm）；但同時注意到這些地方的變薄率最大為20%，低于客戶的變薄率要求（小于25%），因此產品成形在理論上無開裂危險。

圖7 頂蓋外板的變薄率圖

另外可以看出，在產品型面內無變薄率不足3%的區(qū)域，不存在因變形不足而導致產品剛性不足的地方。

6.確定工藝補充面和沖壓成形參數

通過對壓邊力、拉延筋及工藝補充等進行調整，重復對產品的沖壓成形進行仿真模擬，直至得到最優(yōu)化的成形工藝參數及仿真結果。

產品的成形極限圖（即FLD圖）如圖8所示，它顯示了產品成形安全單元、破裂單元和起皺單元的分布情況。

圖8 頂蓋外板成形極限圖（FLD圖）

三、結語

本文以汽車頂蓋外板為研究對象，運用DYNAFORM軟件建立其有限元模型。在對頂蓋外板的產品特性進行分析后，通過計算機仿真，分析其板料的塑性變形和塑性流動過程，結合成形極限圖，對實際生產中的沖壓過程進行有限元成形仿真計算，對成形過程中可能出現的成形缺陷進行預估，并對此采取有效的解決方法。最后，通過對壓邊力、拉延筋及工藝補充等進行調整，反復對產品的沖壓成形進行模擬仿真，直至得到最優(yōu)化的成形工藝參數及仿真結果。

頂蓋外板經現場調試后的合格拉延件及其產品，如圖9、圖10所示。

圖9 調試合格的拉延件

圖10 調試合格的產品

本文的研究為頂蓋外板在實際生產中的成形性提供了可靠的理論依據，提高了模具的設計效率和制造質量，縮短了產品的開發(fā)周期，降低了產品的開發(fā)成本，為后期頂蓋外板模具的現場調試提供了參考，具有較好的指導意義。

20121107）