【正文】 帶上固定板有限元模型的建立在劃分網(wǎng)格時(shí)，難點(diǎn)在于難以預(yù)測(cè)局部細(xì)化網(wǎng)格在初始狀態(tài)上的位置情況，這是由于板料大變形和在模具中相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)態(tài)，而且在局部細(xì)化網(wǎng)格單元也是非常復(fù)雜的過(guò)程，而DYNAFORM 軟件的自帶的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)很好的解決了這個(gè)畫(huà)網(wǎng)格的難題。采用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)，能夠按照用戶劃分網(wǎng)格的控制參數(shù)來(lái)控制網(wǎng)格的疏密程度，并有軟件自動(dòng)完成有限元分析網(wǎng)格劃分，使得模擬計(jì)算其有限元模型上完成。它既能保證計(jì)算精度，又能提高計(jì)算效率。，是以209個(gè)曲面組成，并采用該軟件自帶的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)安全帶上固定板進(jìn)行殼單元?jiǎng)澐??？紤]到計(jì)算精度和效率，故在該零件型面比較平坦或者曲率變化平緩的區(qū)域中，單元尺寸可以大一些，這樣可以提高計(jì)算效率；而在其型面變化劇烈或者處于角過(guò)渡或拐角處時(shí)，單元密度應(yīng)盡可能大一些，這樣可以確保其計(jì)算精度。單元形狀以四邊形單元為主，在過(guò)度比較大的區(qū)域采用三角形單元是必不可少的，所以網(wǎng)格控制參數(shù)如表32所示：表36 劃分網(wǎng)格時(shí)控制參數(shù)最大控制尺寸 最小控制尺寸 弦高 角度 間隙公差 忽略孔洞尺寸 0按表36所示的參數(shù)給右前安全帶上固定板進(jìn)行網(wǎng)格劃分，而劃分好的網(wǎng)格還不能直接使用，因?yàn)榱慵Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在自適應(yīng)網(wǎng)格劃分過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量不合格的網(wǎng)格單元，必須對(duì)其進(jìn)行檢查，本文利用DYNAFORM軟件的模型檢查修補(bǔ)功能塊對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，最終得到具有11864個(gè)節(jié)點(diǎn)，11239個(gè)四邊形單元和731個(gè)三角形單元有限元模型，如圖39所示：圖39 右前安全帶上固定板有限元模型 確定沖壓方向汽車(chē)覆蓋件在拉延過(guò)程中，一般都是以拉深變形及脹形變形性質(zhì)的復(fù)合變形形式來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的合格零件的，并在多數(shù)情況下，主要變形方式為拉深變形。沖壓方向的確定，就是確定該零件在模具中的三個(gè)坐標(biāo)（x 、y 、z ）位置，不但決定了能否拉深出合格的覆蓋件，而且影響到工業(yè)補(bǔ)充面部分的多少，以及后續(xù)工序的方案。本文利用DYNAFRM軟件的DFE模塊，采用自動(dòng)調(diào)整和手動(dòng)調(diào)整相結(jié)合的方式，并根據(jù)上述原則，獲得的沖壓方向，如圖310所示：圖310 合理的沖壓方向調(diào)整好沖壓方向后，利用DYNAFORM軟件查看在沿著沖壓方向的零件的拉延角度及拉延深度，如圖311和圖312所示：圖311 拉延角度 圖312 沿沖壓方向的拉延深度從圖311和312中得出：沿著沖壓方向，該零件的拉延深度最大值為，沒(méi)有出現(xiàn)拉延負(fù)角，說(shuō)明拉研模具是完全可以配合的，沒(méi)有死角。 右前安全帶上固定板工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充是建立模具的一個(gè)重要的過(guò)程，設(shè)計(jì)的合理與否，直接影響著沖壓成形時(shí)工藝參數(shù)、板料的變形量的大小及變形的均勻性、毛坯的變形條件、零件的表面質(zhì)量、成形缺陷（破裂、起皺、變形不均勻等）的產(chǎn)生等。在沖壓前在選定位置上補(bǔ)充合適的材料，并在最終的沖壓成形后將工藝補(bǔ)充后的部分在沖裁及修邊工序里去除。工藝補(bǔ)充分為兩種：一種是外工藝補(bǔ)充，是在零件外邊緣延輪廓線外伸而出的部分，它包括法蘭面（壓料面）和工藝補(bǔ)充面兩部分。在確定沖壓方向后，模具與板料往往是點(diǎn)或線接觸，為了在沖壓過(guò)程中固定板料位置，使其不竄動(dòng)，增加外工藝補(bǔ)充以便將增加板料成形時(shí)的穩(wěn)定性；另一種是內(nèi)工藝補(bǔ)充，就是對(duì)零件內(nèi)部的填充，如填補(bǔ)內(nèi)部孔洞，并在成形后沖裁，來(lái)保證最終零件上的孔洞質(zhì)量。根據(jù)右前安全帶上固定板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般設(shè)計(jì)模面有全封閉、半封閉及全開(kāi)放的三種方式?？紤]到替代后的材料DP780的塑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有SPCC的好，設(shè)計(jì)全封閉、半封閉方式的模面時(shí)，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中產(chǎn)生破裂，特別是該零件開(kāi)口大的部位的工藝補(bǔ)充部分，以及材料的利用率，成本的問(wèn)題，本文采用全開(kāi)放的方式設(shè)計(jì)右前安全帶上固定板的工藝補(bǔ)充部分。根據(jù)實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，板料厚度t對(duì)凹模圓角半徑R給出了經(jīng)驗(yàn)值：當(dāng)取R=38t。當(dāng)t=24mm取R=23t；當(dāng)t4mm取R=2t。替代后的板料的厚度為，本文取凹模圓角半徑為6mm，利用DYNAFORM軟件的強(qiáng)大的前處理功能，設(shè)計(jì)安全帶上固定板模面，如圖313所示，為安全帶上固定板的凹模模型。工藝補(bǔ)充面 壓料面 圖313 右前安全帶上固定板的凹模模型 右前安全帶上固定板拉延成形工具有限元模型的建立 在完成右前安全帶上固定板凹模設(shè)計(jì)之后，對(duì)凹模進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后在凹模中復(fù)制凸模和壓邊圈，而在模擬沖壓過(guò)程中，假設(shè)成形工具是理想剛體，成形工具的單元的作用為接觸計(jì)算，單元?jiǎng)澐值脑郊?xì)密，特別是在模具圓角和變形劇烈區(qū)域出，單元尺寸越小，在成形極限圖中的沖壓結(jié)果描述得越精確，故按表36的網(wǎng)格控制參數(shù)劃分網(wǎng)格。如圖314所示，為拉延凹模的有限元模型，具有26723個(gè)節(jié)點(diǎn)，25945個(gè)四邊形單元，961個(gè)三角形單元；如圖315所示，為拉延凸模有限元模型，具有15732個(gè)節(jié)點(diǎn)，15046個(gè)四邊形單元，818個(gè)三角形單元；如圖316所示，為壓邊圈有限元模型，具有11411個(gè)節(jié)點(diǎn)，10899個(gè)四邊形單元，143個(gè)三角形單元。圖314 拉延凹模的有限元模型圖315 壓邊圈有限元模型圖 316 拉延凸模有限元模型本文安全帶上固定板采用DP780雙相鋼，板料厚度為，并根據(jù)第2章的研究，材料模型采用3參數(shù) Barlat 材料模型，如表33所示，為DP780的3參數(shù) Barlat材料模型參數(shù)。表37 DP780的3參數(shù) Barlat材料模型參數(shù)楊氏模量 密度 泊松比 屈服面指數(shù) 各向異性系數(shù) 硬化指數(shù) 強(qiáng)度系數(shù)E/Gpa m n K 195000 6 工藝參數(shù)的設(shè)置通過(guò)對(duì)大量的文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)研究表明，以及考慮實(shí)際生產(chǎn)狀況下，摩擦力、凸凹模間隙、沖壓速度等工藝參數(shù)只能整體控制沖壓件的成形缺陷，而對(duì)于復(fù)雜的沖壓件的局部成形缺陷是無(wú)法改善的，只能運(yùn)用拉延筋來(lái)控制成形缺陷的，故這些參數(shù)選擇了工程上最常用的參數(shù)，重點(diǎn)研究壓邊力及拉延筋對(duì)沖壓件的成形回彈的影響。1）接觸處理根據(jù)第二章的研究，本文采用罰函數(shù)法處理接觸問(wèn)題，懲罰因子設(shè)置為 。接觸類(lèi)型選擇 FORMING_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE，即單向面到面接觸。，即沒(méi)有潤(rùn)滑效果的摩擦系數(shù)。2）工具的定位右前安全上固定板成形的壓機(jī)采用單動(dòng)壓機(jī)，這種壓機(jī)一般凸模在下不動(dòng)，凹模在上，在實(shí)際沖壓成形過(guò)程中，凹模先與壓邊圈進(jìn)行壓邊過(guò)程，完成后一起向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)板料進(jìn)行拉延，直至與凸模完全閉合，結(jié)束。這種拉深過(guò)程也稱(chēng)為“反向拉深”。根據(jù)實(shí)際情況，最終確定的模具位置，如圖317所示，為模具的相對(duì)位置。凸模 壓邊圈 凹模 板料 圖317 模具的相對(duì)位置3）沖壓速度的確定沖壓速度在板料沖壓成形仿真中，采用的速度為虛擬沖壓速度，一般是實(shí)際速度的十幾或者幾十倍，為了提高了計(jì)算效率，并通過(guò)實(shí)踐證明，這種虛擬速度的處理模具運(yùn)動(dòng)的方式對(duì)于板料拉延成形過(guò)程是可行的。但由于模具速度的增大帶來(lái)了系統(tǒng)的慣性效應(yīng)。特別對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的汽車(chē)覆蓋件進(jìn)行沖壓成形時(shí)，板料大變形且變形不均勻性，虛擬沖壓速度過(guò)大會(huì)使板料在極短時(shí)間內(nèi)不能正常流入凹模中，且易被拉裂?？紤]到慣性效應(yīng)和計(jì)算效率的矛盾問(wèn)題，在Dynaform軟件中，根據(jù)大量的文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)研究，壓邊過(guò)程的沖壓速度可設(shè)置為,拉延沖壓的沖壓速度可設(shè)置為。本文根據(jù)實(shí)際沖壓過(guò)程分析，壓邊過(guò)程為空載過(guò)程，速度可適量增大，拉延過(guò)程是板料變形過(guò)程，適量減小速度，故選定壓邊過(guò)程中設(shè)置為，拉延階段凸模的沖壓速度為。4）模具間隙的確定模具間隙控制板料整體在模具間的流動(dòng)情況，對(duì)成形結(jié)果有很大的影響。當(dāng)其它各影響因素都相同的情況下，模具間隙較大時(shí)零件的成形性及回彈問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，即隨著間隙增大，板料和模具不能很好的貼合，不僅易發(fā)生局部材料堆板料的約束，導(dǎo)致板料塑性變形不充分而使回彈現(xiàn)象加重；模具間隙較小成型后零件的回彈也較小，即較小的間隙雖然可使材料塑性變形更充分，但另一方面具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征的零部件，板料與模具間由于間隙過(guò)小，發(fā)生嚴(yán)重的摩擦現(xiàn)象，易使板料局部超出塑性變形能力、使得其減薄嚴(yán)重而被拉裂，當(dāng)模具間隙小于板料厚度時(shí)，有可能出現(xiàn)負(fù)回彈現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，對(duì)模具間隙取值不宜過(guò)大或過(guò)小。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)及文獻(xiàn)研究，即。四、右前安全帶上固定板成形性分析及優(yōu)化方法右前安全帶上固定板的原材料SPCC被雙相鋼DP780替代后，材料的塑性能力下降，在沖壓成形過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)比原材料更嚴(yán)重的成形缺陷，如破裂、起皺、拉壓不充分等，會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品的失敗。通過(guò)對(duì)大量的文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)研究表明，以及考慮實(shí)際生產(chǎn)狀況下，本文確定摩擦力、凸凹模間隙、沖壓速度等參數(shù)選擇了工程上最常用的參數(shù)，重點(diǎn)對(duì)無(wú)拉延筋下壓邊力對(duì)成形進(jìn)行研究，確定合理的壓邊力參數(shù)，在這基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)拉延筋來(lái)改善成形質(zhì)量。在對(duì)拉延筋設(shè)計(jì)中，工程實(shí)際習(xí)慣通過(guò)對(duì)凹筋圓角進(jìn)行拉磨來(lái)調(diào)拉延筋約束力的大小。本文設(shè)計(jì)了等截面、不等截面的拉延筋方式來(lái)對(duì)成形回彈的影響研究，其中設(shè)計(jì)等截面的拉延筋時(shí)，分別研究了半圓形、矩形拉延筋的凹筋圓角對(duì)零部件成形性研究，并對(duì)比了半圓形、矩形拉延筋在凹筋圓角相同的情況下對(duì)成形性的影響研究，并找出等截面拉延筋的設(shè)計(jì)缺陷。通過(guò)對(duì)等截面拉延筋對(duì)零部件的影響研究，并根據(jù)板料的流動(dòng)的規(guī)則，本文采用不等截面拉延筋的方法來(lái)設(shè)計(jì)一種半圓形、矩形拉延筋混合法來(lái)對(duì)成形性分析，來(lái)改善DP780的成形回彈缺陷，得出一個(gè)合格的零部件，從而證明其可行性。本文通過(guò)對(duì)右前安全帶上固定板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙相鋼DP780材料的特性，設(shè)計(jì)出合理的凸模、凹模及壓邊圈的有限元模型，并采用單動(dòng)壓機(jī)方式進(jìn)行模擬試驗(yàn)，分析其成形性，并分析出現(xiàn)成形缺陷的原因，得出其成形的規(guī)律性，并采用拉延筋新工藝來(lái)改善成形缺陷，得出合格的產(chǎn)品。 無(wú)拉延筋下壓邊力對(duì)成形質(zhì)量的影響研究壓邊力作為板材沖壓成形過(guò)程中的一個(gè)重要工藝參數(shù)，主要用來(lái)產(chǎn)生摩擦阻力，以增加板材拉應(yīng)力來(lái)控制板料的流動(dòng)，避免起皺和回彈。壓邊力過(guò)小時(shí)，板材受到的摩擦阻力作用就小，使得板料流入凹模容易導(dǎo)致材料材料堆積引起起皺，特別是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件更容易出現(xiàn)起皺和拉延不充分的成形缺陷；壓邊力過(guò)大時(shí)，將使材料流動(dòng)困難，易發(fā)生“自鎖”現(xiàn)象而產(chǎn)生破裂。所以在給定的沖壓條件下，壓邊力有個(gè)最優(yōu)值，高于或低于此最優(yōu)值，都會(huì)惡化沖壓件的成型質(zhì)量。為了反映壓邊力的作用，對(duì)于復(fù)雜的右前安全帶上固定板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于摩擦力、模具間隙、沖壓速度等參數(shù)選擇工程上最常用的，取模具間隙、壓邊過(guò)程中凹模速度設(shè)置為，拉延階段凸模的沖壓速度為。重點(diǎn)研究壓邊力在不設(shè)拉延筋下對(duì)成形性的影響研究，設(shè)計(jì)了多種壓邊力下安全帶上固定板的仿真模擬，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，確定壓邊力的合理參數(shù)。本文為了表達(dá)出跟好的效果，選擇了具有代表性的三種壓邊力500KN、1000KN、2150KN下，對(duì)右前安全帶上固定板的成形影響研究，并選擇合適的壓邊力，為設(shè)置拉延筋做好準(zhǔn)備。 不同壓邊力的成形極限圖分析如圖4443所示，分別為500KN、1000KN、2150KN的成形極限圖。 A B A B B A A 圖41 500KN下的成形極限圖圖42 1000KN下的成形極限圖 圖43 2150KN下的成形極限圖結(jié)果分析：在壓邊力500KN下成形結(jié)果可知，A（A、A、A）區(qū)域有著明顯的起皺，B（B、B、B）區(qū)域?yàn)槔硬怀浞?。?duì)于A區(qū)域嚴(yán)重起皺的現(xiàn)象，主要產(chǎn)生原因是安全帶上固定板的高度差，使得低處成形時(shí)材料更容易聚集，不能充分成形，導(dǎo)致材料失穩(wěn)。對(duì)于B區(qū)域拉延不充分的現(xiàn)象，主要產(chǎn)生原因是該區(qū)域的拉延力不足以材料產(chǎn)生塑性變形，直接影響到零件的剛度，裝配受振后產(chǎn)生空洞聲。在壓邊力1000KN下成形結(jié)果可知，A區(qū)域的起皺得到了明顯的改善，但是其中A的起皺沒(méi)有得到明顯的改善，這是由于A區(qū)域是個(gè)半開(kāi)放的區(qū)域，一邊是比它高的B區(qū)域，一邊是開(kāi)放的，所以該區(qū)域需要更大的約束阻力來(lái)控制該區(qū)域的板料流入，才能有效的改變起皺現(xiàn)象。B區(qū)域的拉延不充分現(xiàn)象沒(méi)有達(dá)到明顯的改善，這是增加的拉延離不足以達(dá)到材料的塑性變形，但是其中B得到明顯的改善，這就說(shuō)明了對(duì)于復(fù)雜的零件在沖壓成形過(guò)程中各部位需求拉延力是不同的。在壓邊力2150KN下成形結(jié)果可知，A區(qū)域的起皺得到了大范圍的消除，其中A、A得到了一定的改善，但出現(xiàn)的拉延不充分的現(xiàn)象，還得繼續(xù)增加該區(qū)域的拉延力才能完全消除；A、A的起皺區(qū)域基本消除，但是還有一定范圍的微起皺。B區(qū)域的拉延不充分的現(xiàn)象基本消除。出現(xiàn)了4處拉裂，如圖43所示。對(duì)于壓邊力2150KN下破裂的原因板料流入該區(qū)域時(shí)，由于阻力較大，同時(shí)側(cè)壁拉深變形量較大，使材料變形量得不到有效的補(bǔ)充導(dǎo)致開(kāi)裂。 不同壓邊力的厚度云圖分析為了深入研究壓邊力對(duì)成形性能的影響研究，本文從厚度變化角度研究問(wèn)題。如圖44所示，為500KN、1000KN、2150KN下的厚度云圖。 (a ) 500KN (b) 1000KN (c)2150KN圖44 不同壓邊力下的厚度云圖結(jié)果分析：根據(jù)圖44的厚度云圖，由于零件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，板料厚度在成形過(guò)程中出現(xiàn)了局部減薄和增厚，為了更好的研究問(wèn)題，列舉了不同壓邊力下的減薄率，如表41所示。表41 不同壓邊力下的減薄率壓邊力 節(jié)點(diǎn) 厚度 減薄率（%）500 128064 （最大） KN 114120 （最?。? 1000 135663 （最大） KN 98850 （最?。?