正交試驗法在沖壓件質量改進中的應用研究(一)

正交試驗法在沖壓件質量改進中的應用研究(一)

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正交試驗法在沖壓件質量改進中的應用研究(一)

2022-05-17


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轉發自:視界

作者:魏霄俊

(同濟大學汽車學院,上海 200092)

摘要:為解決某車型左前門鉸鏈處變薄問題,通過計算機軟件建立研究模型,開展了沖壓成型仿真研究,運用正交試驗法對摩擦因數、壓邊力、壓邊圈行程等工藝參數展開系統研究,獲取最佳參數組合后開展現場試驗,結果表明零件變薄率達到最優狀態,所提出的分析方法可為汽車企業沖壓零件外觀缺陷問題提供解決思路。

關鍵詞:汽車沖壓件 表面質量 CAE 正交試驗

中圖分類號:U463.82+1

文獻標識碼:B DOI:10.19710/J.cnki.1003-8817.20180124

1 前言

沖壓是整車生產中的重要步驟,亦為制造流程中的首個工藝。

汽車沖壓件的質量問題中,零件變薄所引起的開裂、縮頸、剛性不足等缺陷一直是整車廠重點關注的問題,它不僅影響車身外觀質量,更可能對整車安全性和功能性產生影響。

以往,汽車企業在沖壓件批量制造過程中的品質改善基本依靠現場工程師的個人能力。

本文以某車型前門內板仿真計算和正交試驗法為基礎,開展沖壓成型仿真研究,針對門鉸鏈處變薄問題提出了最佳參數組合并進行了試驗驗證。

2 CAE仿真分析

2.1 工藝數模建立

目前汽車沖壓成型 CAE 軟件以 AutoForm、 DYNAFORM、PAM-STAMP 為主,前兩個軟件使用較多,而且 AutoForm 易于上手,因此本文使用 AutoForm 開展分析。

AutoForm 建立的工藝補充面拙劣,無法達到生產要求,因此選擇 3D CATIA 來創建工藝模型。在創建工藝模型時,關聯運動角度、后續沖裁、整形尺寸和角度。

模型創建完成后,選擇數據轉換接口(IGES 等),把曲面模型轉換到AutoForm中。

2.2 坯料輪廓線定義

前門內板零件相對于外覆蓋件造型簡單,故在定義坯料輪廓線時根據經驗通常選用方形料,然后使用 AutoForm 分析調整坯料。

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圖 1 所示為某車型左前門內板坯料形狀及規格,使用剪切工藝來生產板料。

圖1 某車型左前門內板坯料及規格

2.3 網格劃分

AutoForm提供2類網格劃分方式,各自要求有著很大的區別,坯料網格主要用于參與計算,工具網格主要用于接觸判斷。

坯料網格劃分結果如圖2 所示,因為要參與CAE計算,所以對網格部分的要求較苛刻。

坯料網格的優點為單位尺寸相對平均,無畸形單位,還能達到網格相容性要求。


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圖2 網格劃分結果

2.4 材料指標確定

通常,材料都展現出各向異性,按照彈性及塑性模量的變形要求,除設置屈服強度σ0、抗拉強度 Rm 外,還需設置 0°、45°、90°方向的塑性應變比,分別為r0、r45、r90。上述指標應盡量通過試驗獲取。

本文左前門內板采用寶武 DC56D+Z50/50 材料,按照表 1 所示的性能指標建立匹配的數據庫,應力應變曲線如圖3所示。

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2.5 拉延筋設置

如圖4所示,因為左前門內板仿真時選擇單拉深筋一般無法很好地優化板料阻力和流動程度,所以此處左前門內板的等效筋要求不少于2道。

等效筋數量的不當定義常導致材料報廢,所以零件開發階段就要全方位衡量材料性能參數、拉延筋分配量及材料有效使用率。


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圖4 拉延筋設置

2.6 摩擦因數設置

沖壓拉延時,摩擦主要存在于模具與料片間,在制造過程中以監控沖壓線清洗機的油量實現摩擦因數控制,但軟件模擬時一般使用恒定的數值,本文仿真過程設摩擦因數為0.15。

2.7 定位距設置

考慮到左前門內板的材料長度約 1 900 mm,寬度約1 500 mm,加上壓邊圈的曲率作用,使得制造時料片發生側移導致仿真偏差。

故前期通常選擇定位距來保證材料的位置,如圖5所示。


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2.8 工具定義

2.8.1 壓邊中心

如圖6所示,其包含4部分內容:None定義為軟件仿真全程壓邊力一直作為平均安置狀態;Tool center / Blank center 定義為壓力焦點和產品焦點匹配偏差,壓邊圈出現歪斜,造成壓力分布非均勻。

2.8.2 壓邊圈剛度

考慮到非均勻壓邊力的情況,將壓邊圈定義為彈性體,其余定義為剛體。

修改其剛度是均勻分配壓邊力的一種手段。

圖6 壓邊中心


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2.8.3 平衡塊

優化平衡塊可最大限度地防止壓邊力聚集于一處。

2.8.4 拉延筋挺舉力

它可使壓邊圈出現歪斜,引起壓邊力分配偏差。

壓邊中心不允許定義為None,開啟運算(允許選擇操作模式)為拉延筋出現挺舉力的前提。

2.9 建立工序模具

拉延為料片在模具活動時發生走料變形,一般情況下為首道工序,也是后續全部工序的基礎。

拉延決定著產品平直、制造節拍及制造運營費用。

拉延工序設計過程中,要全面權衡拉延角度、材料規格、壓邊圈等要素的干擾,工藝補充面參數多,如工藝規劃、設備沖次、拉延力、材料性能指標、清洗機油量等。

根據經驗,上述因素對零件品質的影響程度和方向存在差異,同時,各因素內部亦存在復雜的關系。

如,拉延力和清洗機油量的改變均會導致門鉸鏈區域的材料厚度變化,上述波動有時發生累積作用,有時亦會發生中和作用[1]。

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