汽車覆蓋件沖壓模具CAD-CAE技術(shù)的研究.pdf

1、加入WTO后，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的不斷發(fā)展，我國汽車業(yè)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)前最緊迫的任務(wù)是，將先進(jìn)的科學(xué)理論和方法，特別是數(shù)字化信息技術(shù)應(yīng)用到我國汽車工業(yè)的研發(fā)工作中，在技術(shù)引進(jìn)和消化吸收的基礎(chǔ)上，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和較強(qiáng)市場競爭力的企業(yè)核心技術(shù)和開發(fā)平臺(tái)，迅速擺脫我國汽車業(yè)受制于國外企業(yè)和創(chuàng)新能力低下的局面。在車身制造過程中，覆蓋件的設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)及加工占整個(gè)車身設(shè)計(jì)和加工周期的60％左右，縮短這一時(shí)間就意味著加快新車型的開發(fā)，縮短產(chǎn)

2、品投放市場的周期。而在汽車覆蓋件的沖壓過程中，其技術(shù)難點(diǎn)是沖壓工藝的制定和模具設(shè)計(jì)，合理的沖壓工藝及高質(zhì)量的模具，不但能提高沖壓件質(zhì)量，還能提高生產(chǎn)率，降低廢品率。
　　 本文將逆向工程技術(shù)與汽車覆蓋件成形過程仿真技術(shù)結(jié)合，對(duì)某車型的前翼子板進(jìn)行了逆向建模和拉延成形模擬的研究，其主要內(nèi)容如下：
　　 （1）分析了接觸式測量與非接觸式測量方法中各種測量方式的技術(shù)原理，比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并著重研究接觸式測量技術(shù)為主的數(shù)據(jù)采

3、集方式。
　　 （2）數(shù)據(jù)測量是逆向工程中的首要階段。本文利用三坐標(biāo)測量機(jī)，結(jié)合某汽車公司實(shí)際生產(chǎn)的汽車前翼子板，詳細(xì)論述了點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集流程、技術(shù)要點(diǎn)等，而后，在逆向工程軟件IMAGEWARE中對(duì)覆蓋件的點(diǎn)云進(jìn)行了點(diǎn)云精簡、點(diǎn)云去噪等數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，通過對(duì)翼子板點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理，從中摸索出逆向工程數(shù)據(jù)預(yù)處理的一般操作流程，從而減少數(shù)據(jù)處理的盲目性，提高效率。最后，詳細(xì)敘述了造型流程及技術(shù)要點(diǎn)，主要過程包括曲面重建規(guī)劃、曲面編輯、

4、曲面整合等，特別對(duì)NLJRBS曲線曲面構(gòu)造的方法、步驟進(jìn)行了研究，在UG軟件中，通過NURBS曲面對(duì)汽車翼子板進(jìn)行了模型重構(gòu)。
　　 （3）板料成形是一種復(fù)雜的力學(xué)過程，它是包括幾何非線性、材料非線性、接觸非線性的強(qiáng)非線性問題。由此可見，一個(gè)板料成形數(shù)值模擬系統(tǒng)涉及到了多個(gè)學(xué)科。本課題對(duì)沖壓成形過程中材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)變化和應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行了理論上的分析，介紹了仿真方案的選擇過程，并選定的動(dòng)態(tài)顯式算法、顯式殼單元接觸模型進(jìn)行了研

5、究，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，選擇合適的材料本構(gòu)關(guān)系、屈服準(zhǔn)則，根據(jù)計(jì)算精度和設(shè)計(jì)要求，對(duì)模具體和板料選擇合適的單元類型，將其網(wǎng)格化，最后引入有限元分析軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
　　 （4）CAE的建模。本文根據(jù)板料變形的特點(diǎn)，依據(jù)大變形彈塑性有限元理論建立了彈塑性有限元系統(tǒng)。并深入研究了板料成形過程的數(shù)值模擬計(jì)算的一些關(guān)鍵性技術(shù)：屈服準(zhǔn)則的選擇、單元的選擇、接觸界面的處理等。最后，根據(jù)該覆蓋件的實(shí)際形狀和經(jīng)驗(yàn)為零件添加了工藝補(bǔ)充面和壓料面

6、，并建立了覆蓋件的有限元模型。應(yīng)用EAT公司開發(fā)的板料成形模擬軟件DYNAFORM，對(duì)復(fù)雜形狀汽車覆蓋件的成形過程進(jìn)行三維有限元數(shù)值模擬，分析其沖壓成形過程中板材成形性。
　　 （5）翼子板殼成形的拉深過程主要有單次拉深和兩次拉深兩種，由于單次拉深效率高、模具制作簡單，故以單次拉深工藝為研究對(duì)象更具有實(shí)際意義。通過大量的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，確定了沖壓方向、壓料面，工藝補(bǔ)充面、凹模口圓角半徑、壓邊力以及拉深筋的設(shè)置等影響成形質(zhì)量的幾個(gè)

7、主要因素。如：壓邊力過小容易產(chǎn)生起皺，而如果過大會(huì)使金屬流動(dòng)阻力太大從而產(chǎn)生破裂；拉深筋可以增大進(jìn)料阻力，有利于斜坡部分的形成，提高了翼子板剛度和減少因變形不足而產(chǎn)生的回彈、松弛、扭曲、波紋及收縮等，防止拉深成形時(shí)懸空部位起皺和畸變。通過對(duì)比分析各因素對(duì)模擬成形結(jié)果的影響，確定了它們合適的取值，從而可以對(duì)翼子板的成形工藝作出較為合理的優(yōu)化，提高了該翼子板成形的質(zhì)量。
　　 綜上所述，復(fù)雜形狀的汽車覆蓋件是一種應(yīng)用廣泛而又成形復(fù)雜