全工序冲压模拟技术在B柱加强板上的应用

全工序冲压模拟技术在B柱加强板上的应用

黄绍基

关键词：全工序模拟，回弹，反算

Abstract:wholeprocessstampingsimulationtechnology,SpringbackAnalysisandcompensationareintroduced,andtheaccuratecalculationofmaterialedgeiscarriedouttosolvetheproblemofcracking,wrinklingandspringbackinBcolumnstiffeningplateforming.

Keywords:Wholeprocesssimulation,Springback,Countercalculation

引言：

随着制造水平的不断提升，模具行业的竞争越来越激烈，汽车覆盖件模具的开发周期不断缩短，在开模前的冲压模拟就尤为重要，通过冲压成型模拟，可以预判零件成型缺陷以及回弹情况，可以提前做出调整，大大缩短后期的修模调试周期，降低制造成本，提升生产效率。本文以某汽车左B柱上加强板为例，探讨全工序冲压模拟在模具制造过程中的应用。

1如图1所示，零件为某轿车左B柱上加强板，左右件完全对称，材质：B340-590DP料厚：1.6mm，属于中等厚度的中高强度钢板，材料参数如下：

该零件造型较多，形状复杂，最小R角为6，拔模角为10°，无法直接拉延到位，需要进行二次整形校核，由于屈服强度较大，成型及回弹是该零件的难点。经过对零件分析，结合生产线条件，确定零件成型工序如下（左右件合并生产）：(1)拉延(2)修边+冲孔(3)整形(4)冲孔+分离，如图2所示：

2全工序冲压模拟主要分为以下几个阶段：第一，拉延成形快速设计阶段：通过优化压边力、拉延筋、料片轮廓、工艺补充面形状等消除成形问题，如开裂、起皱等；第二，回弹模拟的快速分析评估阶段：分析零件的回弹趋势，并评价是否能够直接进行回弹补偿；第三，精密模拟分析阶段：对优化后的冲压工艺进行精算验证，以及回弹补偿。

2.1首先进行拉延工序的模拟，确定好冲压方向及工艺补充面后，导入CAE分析软件，设置好分析模型，进行网格划分，依照标准设置参数，压料力，拉延筋条参数，摩擦系数等，进行分析计算，压料力由软件自动叠加,如图3所示。在实际零件的冲压生产过程中，难免会发生生产条件和钢板材料参数的波动，生产条件如压边力、摩擦力和料片位置等，钢板材料参数如料片厚度、屈服应力/抗拉强度、各向异性参数rm值等。如果发生产条件和钢板材料参数的波动，势必会对生产出的零件的质量和尺寸产生不利的影响，严重的可能会使零件发生开裂、起皱和尺寸超差而导致报废，因此在压力稳定后需要进行极限计算，即压料力正负波动10%，进行计算，并保证分析结果合格，这样模具移交客户后，减少由于机台差异带来的调试时间及提升量产后的稳定性。

2.2拉延结果的评价主要是两部分：开裂和起皱，都是通过材料厚度来判断；考虑到成形性能的安全裕度，最大变薄率需要根据材料、厚度来设置，该零件的最大变薄率不超过0.18，根据分析结果，检查危险区域的材料变薄率，零件变薄率在安全范围之内，如图4。起皱通过表面缺陷高度判断，处于压料板和凹模之间双面接触的区域，及压料面区域，判断值为0.04；处于凸模和凹模单面接触的区域，如避让角处及模具凹模口处，判断值为0.03；最后接触区域或者板件处于悬空与工具体不接触区域，判断值为0.02，，分析结果没有起皱缺陷

由于零件无法拉延到位，修边后需要整形工作，整形后料边会有差异，因此修边工序需要对料边进行优化，通过软件设计，对料边精确计算，并设置迭代5次，保证最终结果在公差范围以内，如图5。

2.3板件经过冲压变形之后，打开模具压力卸载之后，零件内的弹性变形会发生全部或部分恢复的现象，这就是我们常说的回弹。一般来说板筋件经拉延成形，主要以胀形为主，产生伸长变薄变形，因此经过弹性变形恢复之后，会使成形后板件发生弹性收缩，板件整体尺寸变小。每一工序都会产生回弹，该零件拉延造型为浅盒形拉延，成型后回弹较小，主要回弹是在修边后应力释放以及整形后，板料经过二次变形产生的回弹，因此该零件回弹模拟主要是在整形工序后进行。

2.4成功回弹计算与补偿需要遵循5个基本原则，以获得正确的回弹模拟结果，指导实际的工艺设计和模具制造，5个基本原则如下：一：要保证合理的模具工艺规划和正确合理的模拟结果；二：按照最终验证模拟设置要求设定参数；三：合理的回弹评估；四：保持工序过程的稳健性；五：按照补偿策略进行补偿。回弹补偿的准确度很大程度上依赖于前期准备，要取得一个较小的回弹偏差值，需要输入精确的数据模型和工艺过程条件。在最终的回弹补偿工作中，一定需要考虑实体拉延筋对回弹的影响，采用3D截面线拉延筋+自适应线拉延筋的方式，对回弹结果准确度较高，在压边圈闭合阶段，拉延筋采用3D截面线拉延筋，然后在拉延过程中对实体拉延筋进行抹平，在拉延结束后必须选择恢复抹平的实体拉延筋，这样在后续的回弹计算中就能考虑到实体拉延筋（如刚度）对回弹的影响；如图6所示，整形后最大回弹量为3.87mm，通过整形工序进行回弹补偿，最终补偿方案在整形工序进行，根据经验，按1.1倍值来补偿。

3结束语：

经过全工序模拟及回弹分析和补偿后，对该零件进行实际开模制造，零件最终成型实物如图7所示，实物与CAE分析模拟结果吻合度高，料边尺寸及面差均在客户的公差范围以内（分别为正负0.7mm及正负0.5mm）。通过实践证明，通过全工序冲压成型模拟，可以提前发现成型缺陷，回弹等问题，提前做出对于的改善措施，大大缩短了模具开发周期，节约了模具制造成本。

参考文献：

（1）催令江.汽车覆盖件冲压成型技术.北京:机械工业出版社

（2）李福禄.汽车覆盖件质量缺陷的检测机控制【J】.电加工与模具，2016(1)