一種汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]拉延是汽車覆蓋件沖壓成形最為重要的工序之一，拉延模具的強度直接關(guān)系到模具的使用壽命和汽車覆蓋件沖壓質(zhì)量的好壞。汽車覆蓋件在拉延時模具的受力逐漸增大，直到行程結(jié)束時達(dá)到最大。拉延模具所受的力來源于板料表面相對于模具型面的接觸力，由于拉延零件形狀變化很大，因此拉延過程零件各處變形不均勻，使得該接觸力的大小及在模具型面上分布也不均勻。同時由于拉延仿真過程中凸模、凹模和壓邊圈均設(shè)置成剛體，因此無法通過沖壓成形仿真獲得模具的結(jié)構(gòu)強度計算結(jié)果。
[0003]拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算可以采用載荷映射法進(jìn)行計算，該方法首先通過沖壓成形仿真對拉延進(jìn)行模擬計算，獲得坯料各節(jié)點的接觸力，然后將各節(jié)點的接觸力映射到劃分實體單元的凸模、凹模和壓邊圈型面的節(jié)點之上，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)強度仿真計算。該方法計算復(fù)雜，需要自行編制程序進(jìn)行載荷映射，一般的模具設(shè)計工程師無法實現(xiàn)。除此之外，拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算還可以采用劃分實體單元的凸模、凹模和壓邊圈直接對板料進(jìn)行沖壓成形仿真計算，在獲得板料沖壓結(jié)果的同時也可以獲得凸模、凹模和壓邊圈的結(jié)構(gòu)強度計算結(jié)果，但由于參與計算的網(wǎng)格數(shù)量多，且沖壓成形本身計算的時間長，因此該方法效率非常低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于此，本發(fā)明提出了一種新的汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，該方法將沖壓行程分解為剛體模具成形和可變形模具成形兩個階段，通過剛體模具成形仿真計算，將坯料沖壓到接近零件形狀，然后在此基礎(chǔ)上應(yīng)用可變形模具仿真計算，沖壓獲得零件的最終形狀，同時獲得凸模、凹模和壓邊圈的強度計算結(jié)果。該方法實施簡單，避免了復(fù)雜的載荷映射計算，同時利用了剛體模具成形計算效率高的特點，相比較直接采用可變形模具成形計算又可以大大節(jié)約計算時間。
[0005]—種汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，包含以下步驟:
[0006]步驟1:針對汽車覆蓋件進(jìn)行工藝分析，確定拉延工藝及模型；
[0007]步驟2:構(gòu)建拉延仿真模型，將凹模、凸模和壓邊圈設(shè)置為不可變形的剛體，將坯料設(shè)置為可變形材料，然后進(jìn)行拉延仿真計算；
[0008]步驟3:根據(jù)拉延仿真計算的結(jié)果進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整，確定可滿足拉延工藝要求的沖壓工藝參數(shù)，獲得準(zhǔn)確的總沖壓行程S毫米；
[0009]步驟4:以調(diào)整好的工藝參數(shù)再次進(jìn)行拉延仿真計算，將沖壓行程設(shè)置為總沖壓行程S-Α毫米，A為剩余的沖壓行程，此時坯料接近零件的形狀；
[0010]步驟5:將凸模、凹模和壓邊圈根據(jù)各自的材料類型分別設(shè)置成可變形體，以步驟3沖壓出來的已接近零件形狀的坯料繼續(xù)拉延成形，直到凸模和凹模閉合到位，完成最后剩余的行程A;
[0011]步驟6:將凸模、凹模和壓邊圈的仿真結(jié)果輸出到仿真計算后處理軟件獲得凸模、凹模和壓邊圈相應(yīng)的應(yīng)力云圖。
[0012]進(jìn)一步的，在步驟1中，根據(jù)汽車覆蓋件的零件的具體形狀確定拉延工藝是單動模式還是雙動模式，同時確定拉延工藝模型的沖壓方向、壓料面。
[0013]進(jìn)一步的，在步驟2中，取凸模、凹模和壓邊圈的曲面模型，并以殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后將對應(yīng)的材料設(shè)置為不可變形的剛體。將坯料設(shè)置為可變形材料，設(shè)置好材料的厚度、屈服模型和硬化模型，設(shè)置分析所要用的彈性模量E，硬化模量K，硬化指數(shù)n，厚向異性系數(shù)r。
[0014]進(jìn)一步的，在步驟3中，通過拉延仿真獲得沖壓成形極限圖、坯料收縮線，并根據(jù)沖壓成形極限圖和坯料收縮線調(diào)整坯料尺寸和壓邊力。
[0015]進(jìn)一步的，在步驟4中，沖壓總行程S由拉延仿真模型獲得，剩余的沖壓行程A為1?3mm ο
[0016]進(jìn)一步的，在步驟5中，凸模、凹模和壓邊圈采用四面體或六面體實體單元，根據(jù)模具所使用的材料設(shè)置為相應(yīng)的可變形體，設(shè)置相應(yīng)材料的彈性模量，其余沖壓工藝參數(shù)設(shè)置與步驟2相同。設(shè)置凸模、凹模和壓邊圈的位置，進(jìn)行拉延仿真，直到完成剩余沖壓行程Α，凸模和凹模閉合到位。
[0017]進(jìn)一步的，在步驟6中，通過CAE后處理軟件分析凸模、凹模和壓邊圈的應(yīng)力，獲得模具的結(jié)構(gòu)強度，并與凸模、凹模和壓邊圈所使用材料允許的應(yīng)力進(jìn)行比較以判斷是否符合要求。
【附圖說明】
[0018]圖1是汽車覆蓋件設(shè)計模型；
[0019]圖2是拉延工藝模型；
[0020]圖3是剛體模具的沖壓仿真模型；
[0021 ]圖4是仿真獲得的成形極限圖；
[0022]圖5是柔體模具的沖壓仿真模型；
[0023]圖6是凸模的應(yīng)力云圖；
[0024]圖7是凹模的應(yīng)力云圖；
[0025]圖8是壓邊圈的應(yīng)力云圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對【具體實施方式】進(jìn)行說明:
[0027]圖1為某汽車覆蓋件設(shè)計模型，由于該零件存在法蘭邊，所以壓料面以法蘭邊進(jìn)行驗收，設(shè)計為平壓料面，沖壓方向設(shè)置為垂直于壓料面方向，拉延工藝模型如圖2所示。圖3是針對剛體模具的沖壓仿真模型，沖壓方式采用單動形式，即凹模2在上，凸模1在下。
[0028]然后在仿真軟件中構(gòu)建拉延仿真模型，將凸模1、凹模2、壓邊圈3的單元尺寸按最大3mm，最小0.5mm，弦偏差為0.15mm設(shè)置進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并將材料設(shè)置為不可變形的剛體。還料設(shè)置為方形，厚度為1mm，初始尺寸為400mm X 400mm，單元大小為5mm，分析時采用自適應(yīng)，自適應(yīng)網(wǎng)格最小控制在1.25mm。坯料為DQSK材料，選用BARLAT屈服準(zhǔn)則及指數(shù)硬化模型，材料性能參數(shù)分別為:彈性模量E為207Gpa，硬化模量K為520.4，硬化指數(shù)為0.232，厚向異性系數(shù)0度方向為1.73，45度方向為1.35，90度方向為2.18。模型中凸模1、凹模2、壓邊圈3設(shè)置為不會產(chǎn)生任何變形的剛體，坯料4為可變形體。沖壓總行程S為128mm。
[0029]經(jīng)過仿真計算并進(jìn)行坯料尺寸和工藝參數(shù)調(diào)整，最終獲得坯料尺寸為372mmX372mm，壓邊力為48噸，對應(yīng)的成形極限圖如圖4所示。
[0030]再次進(jìn)行沖壓仿真計算，將沖壓行程設(shè)置為126mm，剩余的沖壓行程為2mm。計算后獲得相應(yīng)的成形件為最后2mm沖壓行程的坯料，然后導(dǎo)入凸模1、凹模2、壓邊圈3實體模型，以四面體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元大小為6mm，材料為灰鑄鐵HT400，對應(yīng)的彈性模量為140Gpa，強度極限為400Mpa，沖壓行程為2_，建立的沖壓仿真模型如圖5所示。
[0031]這樣經(jīng)過沖壓仿真計算后將自動計算出凸模1、凹模2和壓邊圈3的應(yīng)力，將這三個部件的應(yīng)力計算結(jié)果導(dǎo)入到CAE后處理軟件中可獲得凸模1的應(yīng)力，如圖6所示。凹模2的應(yīng)力，如圖7所示。壓邊圈3的應(yīng)力，如圖8所示?？梢钥闯鋈齻€部件的應(yīng)力均未超過強度極限400MPa，因此模具的結(jié)構(gòu)強度可以滿足要求。
【主權(quán)項】
1.一種汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，其特征在于采用以下步驟: 步驟1:針對汽車覆蓋件進(jìn)行工藝分析，確定拉延工藝及模型； 步驟2:構(gòu)建拉延仿真模型，將凹模、凸模和壓邊圈設(shè)置為不可變形的剛體，將坯料設(shè)置為可變形材料，然后進(jìn)行拉延仿真計算； 步驟3:根據(jù)拉延仿真計算的結(jié)果進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整，確定可滿足拉延工藝要求的沖壓工藝參數(shù)，獲得準(zhǔn)確的總沖壓行程S毫米； 步驟4:以調(diào)整好的工藝參數(shù)再次進(jìn)行拉延仿真計算，將沖壓行程設(shè)置為總沖壓行程S-A毫米，A為剩余的沖壓行程，此時坯料接近零件的形狀； 步驟5:將凸模、凹模和壓邊圈根據(jù)各自的材料類型分別設(shè)置成可變形體，以步驟3沖壓出來的已接近零件形狀的坯料繼續(xù)拉延成形，直到凸模和凹模閉合到位，完成最后剩余的行程A; 步驟6:將凸模、凹模和壓邊圈的應(yīng)力輸出到仿真計算后處理軟件獲得應(yīng)力。2.如權(quán)利要求1所述的汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，在步驟1中，根據(jù)汽車覆蓋件的零件的具體形狀確定拉延工藝是單動模式還是雙動模式，同時確定拉延工藝模型的沖壓方向、壓料面。3.如權(quán)利要求1-2之一所述的汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，在步驟2中，取凸模、凹模和壓邊圈的曲面模型，并以殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后將對應(yīng)的材料設(shè)置為不可變形的剛體;將坯料設(shè)置為可變形材料，設(shè)置好材料的厚度、屈服模型和硬化模型，設(shè)置分析所要用的彈性模量E，硬化模量K，硬化指數(shù)η，厚向異性系數(shù)r。4.如權(quán)利要求1-3之一所述的汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，在步驟3中，通過拉延仿真獲得沖壓成形極限圖、坯料收縮線，并根據(jù)沖壓成形極限圖和坯料收縮線調(diào)整坯料尺寸和壓邊力。5.如權(quán)利要求1-4之一所述的汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，在步驟4中，沖壓總行程S由拉延仿真模型獲得，剩余的沖壓行程A為1?3mm。6.如權(quán)利要求1-5之一所述的汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，在步驟5中，凸模、凹模和壓邊圈采用四面體或六面體實體單元，根據(jù)模具所使用的材料設(shè)置為可變形體，設(shè)置相應(yīng)材料的彈性模量，其余沖壓工藝參數(shù)設(shè)置與步驟2相同；設(shè)置凸模、凹模和壓邊圈的位置，進(jìn)行拉延仿真，直到完成剩余沖壓行程A，凸模和凹模閉合到位。7.如權(quán)利要求1-6之一所述的汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法，在步驟6中，通過CAE后處理軟件分析凸模、凹模和壓邊圈的應(yīng)力，獲得模具的結(jié)構(gòu)強度，并與凸模、凹模和壓邊圈所使用材料允許的應(yīng)力進(jìn)行比較以判斷是否符合要求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車覆蓋件拉延模具結(jié)構(gòu)強度計算方法。該方法將沖壓行程分解為剛體模具成形和可變形模具成形兩個階段，通過剛體模具成形仿真計算，將坯料沖壓到接近零件形狀，然后在此基礎(chǔ)上應(yīng)用可變形模具仿真計算，沖壓獲得零件的最終形狀，同時獲得凸模、凹模和壓邊圈的強度計算結(jié)果。該方法避免了復(fù)雜的載荷映射計算，同時相比較直接采用可變形模具進(jìn)行成形計算又可以大大節(jié)約計算時間。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105426629
【申請?zhí)枴緾N201510916285
【發(fā)明人】龔志輝, 古惠南, 鐘劍, 石建兵, 劉磊, 韓磊
【申請人】湖南大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月11日