本文簡述了CAE技術在汽車覆蓋件沖壓成形中的應用，通過對拉延工序進行沖壓成形模擬分析，提前預知成形缺陷，并采取有效措施，進行工藝參數的調整與優化。實踐證明，分析計算縮短了模具制造周期，減少了模具調試次數，節約了生產成本。

　　1 前言

　　汽車覆蓋件具有外形尺寸較大，材料比較薄，型面起伏復雜，尺寸精度與表面質量要求較高，在拉伸成形過程中容易出現拉裂、起皺現象。模具調試過程中需要浪費大量的人力、物力和財力。近年來隨著計算機技術的不斷發展，CAE(計算機輔助工程)技術目前已經在各大汽車模具廠廣泛用于產品模擬分析、沖壓板材成形過程分析。通過提前對產品可能出現的成形缺陷進行研究，預示汽車覆蓋件沖壓成形的可行性。根據理論上的模擬分析結果，提高產品工藝補充設計的合理性，減少模具實際調試次數，近而達到縮短模具制造周期、降低生產調試成本，提高企業生產效能，保證新車型及時投放市場。本文利用Dynaform分析軟件,以公司G項目中的頂蓋產品分析為例，介紹CAE技術在汽車覆蓋件沖壓成形的應用。

　　2 產品介紹

　　圖1所示為我公司最近開發G項目標準短軸距頂蓋產品，其材料為SPCC,料厚t=0.9mm，整體來看，具有材料較薄，外形尺寸較大，端部型面極不規則，成形困難，沖壓工藝補充以及后續模具設計比較復雜等特點。

圖1 頂蓋產品數學模型

　　3 CAE分析工作流程

　　CAE分析技術在汽車覆蓋件沖壓成形應用中的工作流程，見下圖2所示。

圖2 CAE分析工作流程圖

　　4 汽車覆蓋件工藝補充設計注意要點

　　(1)選定合適的沖壓方向，保證凸模將工件一次拉伸到位，凸模兩側包容角盡可能保持一致，周邊進料均勻，盡可能降低拉伸深度，并盡量深度均勻。

　　(2)選用合適板材，一般在滿足產品強度要求的情況下，盡量選用屈服點σb和屈服強度σb /σs 較低，延伸率δ、厚向異性指數n較高的薄板材料。

　　(3)壓料面應設計為平面、單曲面或曲率半徑很小的雙曲面，使材料各處變形均勻，在不產生褶皺的情況下，易于材料流入，同時，盡量減少工藝補充面，提高材料利用率。

　　(4)根據各個部位的成形特點有效設置拉延筋及參數，并考慮制件的定位以及取放件操作的方便性、安全性。

　　5 CAE模擬分析實例

　　5.1 三維數據的導入

　　利用UG等CAD設計軟件中對數學模型進行整理，確定相關材料、料厚及其偏置方向等相關參數，避免存在重疊面、尖角、漏洞等現象，包括沖壓方向、工藝補充面等，而后導入Dynaform分析軟件中，為了得到均勻規則的分析網格，提高分析精度，要進一步檢查片體是否存在負角，并對局部尖角部位進行型面光順，然后設置當前層，并進行網格劃分，分別建立有限元凹模、壓料圈、和毛坯模型。下圖3、圖4為頂蓋拉延模的有限元模型。

圖4 等效筋設置

　　5.2 材料參數和邊界條件

　　汽車頂蓋材料采用日本標準SPCC，厚度0.9mm，楊氏模量E=202MPa，泊松比υ=0.32，密度ρ=7.6X106，硬化系數K=0.57MPa，硬化指數n=0.238，各向異性指數ro=1.67，r45=1.32 r90=2.32，硬化曲線σ=κ(ε0+εp )n。邊界條件如下：確定摩擦系數μ=0.125，壓邊力為350KN。

　　5.3 模擬分析結果研究

　　(1)根據模擬結果，對FLD(成形極限圖)進行研究，發現端部變形嚴重，有開裂趨勢，而中心部位變形不夠充分，容易導致制件弓性回彈，見下圖5所示。

圖5 FLD(成形極限圖)

　　(2)通過厚度變化圖分析，發現最薄處材料減薄量高達66%，已處于破裂范圍。見下圖6所示。

圖6 模擬分析后板材厚度變化圖

　　(3)通過對應力、應變以及載荷曲線圖分析，可以了解板材在成形過程中的各時刻點受力參數。見下圖7所示。

圖7 模擬分析后應變分布圖

　　5.4 修邊回彈分析

　　由于頂蓋產品本身具有制件形體寬度較大，在剛性不足時，很容易產生下榻或弓起回彈現象，為了更好的進行控制修邊后的回彈，對制件進行了回彈分析，見下圖8、圖9、圖10所示。

圖8 回彈分析圖

圖9 A-A切面線圖

圖10 B-B切面線圖

　　5.5 端部側整形分析

　　頂蓋端部在模具設計時采用非標斜楔進行側向整形，加上凸包部位多料，很可能產生下起皺或變形不充分現象，為此要求對制件進行側整形分析，工具定義見下圖11所示。

1、壓料板 2、凸模 3、毛坯 4、凹模
圖11 側整形分析工具圖

　　6 實際模具調試結果

　　圖12、圖13是最終模具實際調試的沖壓零件照片，通過實踐證明，CAE技術模擬分析在沖壓成形的過程中的準確性、直觀性，從圖中可以看出，角部開裂與模擬結果完全吻合。

圖12 模具實際調試照片

圖13 模具實際調試照片(角部)

　　7 模具和工藝參數的調整和優化

　　通過模擬分析可以看出，周邊局部開裂以及變形不充分，表明在進行工藝補充設計時該部位不合理，經過多次模擬分析研究，最終將局部拉延筋變淺、圓角稍微放大，半徑由R6、高度5mm改為R5，高度4mm，提高模具表面光潔度、減少摩擦阻力等措施，重而使問題得到解決，沖壓出合格的拉延件，促進了后續模具的正常開發，保證了生產進度。見下圖14所示。

圖14 模具實際調試照片(角部)

　　8 結束語

　　通過近年來CAE分析技術的有效實施，提高了沖壓工藝水平與模具設計質量，縮短了模具制造周期，降低了生產成本。同時也驗證了Dynaform分析軟件的可靠性，分析方法的正確性，為實際生產提供了有效依據。在今后的工作中，為了更有效的用于指導模具調試，還需要大家不斷地探索與總結，使相關參數的設置與模具實際調試的影響因素緊密結合起來，建立核心數據庫，最終才能達到一次試模成功的目的。