摩托车零件成形工艺数值模拟
时间：2022-06-11 18:14:02 浏览次数：次
【摘要】该零件作为摩托车零件之一，具有质量要求高，生产批量大，材料厚度薄的特点，在成形前需对零件进行工艺补充面设计，采用拉深，冲孔，切边的成形工艺方案来成形，通过dynaform有限元软件对拉深工序进行模拟分析，通过观察零件成形后的减薄率，得出零件能够一次拉深成形，进而验证了该成形方案的有效性。
【关键词】板料成形；数值模拟；dynaform
冷冲压模具技术在当今社会有着广泛的应用，在整个模具行业内，占有近半数的比例。但是由于模具本身的一些缺陷和技术水平的限制，使得在应用于实际生产中会存在一些困难，如某些零部件的排料不当，会使材料的利用率有所降低，导致成本偏高; 部件外型的扭曲程度过大，会令连续的料带在连料和加工工艺上存在困难; 对于某些孔的位置度以及精度有特殊要求的模具，会需要加入斜楔冲孔; 工件尖角处两侧余料过小，不易压料，需要加入氮气弹簧进行辅助压料，这些价格较高的特殊部件的加入，也会使成本上升等等。实际的生产中要想获得一件合格的零件，都需要进行反复的调试与实验，同时也需要一批经验丰富的模具设计师和模具钳工才能完成，在不断的修模和设变中，时间和金钱也在大量的流失。对冲压过程中板料的成形性单凭经验估计是不够的,往往等试模后问题才能暴露出来.而利用板料成形模拟技术能够及早地发现问题,对于评价成形件模具设计、工艺设计的可行性,以及改善板金件的生产质量、调整材料选择提供可靠的依据。
本文通过dynaform有限元软件对该零件进行了有限元仿真分析，通过软件的后处理观察零件成形后的变薄率，来验证了该工艺的可行性。
一、工艺分析
图1所示为该零件的三维模型，通过零件的模型能够看出，该零件形状复杂，需要采用拉深，冲孔，切边的成形工艺，在拉深时直接切出坯料的外形来进行拉深成形时，由于压料边过小，零件在成形时无法充分变形，造成刚度与强度无法满足要求，所以在拉深需对该零件进行工艺补充面的设计，来增大压料面积，使其在成形时各部分充分变形，提高零件的刚度与强度。
图1 零件三维图图2 有限元模型
二、有限元分析
（一）有限元模型建立
所用材料模型为中国材料SPHC36，毛坯厚度为t=1.1mm，杨氏弹性模量E=207 Mpa，泊松比ν=0.28，硬化系数K=0.553 Mpa，硬化指数n=0.210，初始应变 ，硬化曲线 ，冲压速度V=5 m/s,采用库仑摩擦定律。有限元模型如图2所示。
（二）有限元结果分析
在实际的冲压成形中,模具的运动速度是非常缓慢的,如在模拟过程中也采用实际速度必将导致计算时间过长,因此在显式有限元分析中,常人为的增加模具的冲压速度来减少分析时间[3]。一般选择冲压速度3000 mm/s~5000 mm/s比较合适，本文选用5000 mm/s的冲压速度进行仿真，由于零件在拉深时，部分材料不会进入凹模型腔，为了使零件能够充分变形，压边力应设置较大，在此选用压边力为500 KN，摩擦系数为0.125，模具间隙为1.21。在冲压成形中，常以材料的减薄率来评价零件的成形质量，为了满足材料成形后的强度与刚度，减薄率一般在6%~30%以内比较适宜。图3所示为该零件成形后的厚度变化图。
图3零件的厚度变化图
由图3可知零件的最小厚度值为0.8 mm，通过计算得出最大减薄率为27%，在安全范围，在凸缘的局部区域有起皱的现象，可以适当增大压边力或是加设拉延筋来解决此缺陷，但是由于凸缘处为废料部分，不会影响零件的成形质量，故可以无需考虑。综上，该零件可以通过此工艺方案得到合格的零件。
三、结论
1、该零件采用拉深，冲孔，切边，的成形工艺方案能够得到合格的零件，在实际生产中应采用此方案。
2、通过有限元仿真分析，该零件在拉深成形时的减薄率最大为27%，处于安全范围内，故能够一次拉深成形。
3、有限元仿真技术提高了生产效率，降低了生产成本，减少劳动强度。
参考文献：
[1]田野，黄根哲.冷冲压模具中板料成型的 CAE 分析[J].长春大学学报.2013,23(4):394-396.
[2]苏施强,黄 海.轿车零件冲压工艺分析[J].锻压技术, 2001(3): 29-32.
[3]Huh H S S H an. Elastic-plastic finite element analysiswit directional reduced integration in sheet metal forming process[J]. Advanced Technology of Plasticity, 1990(3):1175-1181.
作者简介：裴佑伦（1977—），男，四川人，工作单位：重庆望江工业有限公司，职务：工程师。