3 复杂零件的翻边仿真和修边线的确定
为了进一步检验该方法的正确性,作者以上汽通用五菱某车型的一个零件为例(如图3),来确定这个零件的修边线,从而指导修边模的设计。
3.1 仿真参数的优化确定
由于这个零件存在两处不同方向的翻边特征,所以整个模具的有限元模型中采用了两个翻边冲头。仿真参数主要包括单元类型、材料参数、边界条件、运动及接触类型等。
目前在薄板成型有限元分析中使用得最为普遍和成功的壳单元有ＨＬ单元和ＢＴ单元,其中ＨＬ单元具有较高的计算精度,但计算量比较大;而ＢＴ单元不必计算复杂的Ｊａｕ ｍａｎｎ应力[3],因此有较高的计算效率,一般能得到和ＨＬ单元基本一致的计算结果。在综合比较了计算效率和计算精度之后,文中采用了ＢＴ单元。其对比结果如表3所示,从表中数据的比较可以发现两种单元的计算结果相差很小,但是它们所耗费的时间却相差近一倍。
仿真用的材料参数和前一个例子相同。运动的定义主要涉及选择合理的虚拟冲压速度。因为在覆盖件成形分析中大多采用动力显式算法,而动力显式算法为了提高计算效率,就要人为地提高冲头速度,这样就会带来额外的动态效应而引起计算误差。作者通过多次计算和分析比较,发现冲头速度为20ｍ/ｓ时,仿真结果和计算时间都是可以接受的。
边界条件主要涉及板料和模具之间摩擦系数的定义,通过比较不同参数下的仿真结果,凸模与板料以及凹模与板料之间采用同一个摩擦系数μ=0.125。模具与板料之间的接触形式采用单面接触(ｏｎｅｗａｙｓｕｒｆａｃｅｔｏｓｕｒｆａｃｅ)。整个过程共进行了三次有限元仿真和二次反算求解毛坯,每次反算是在当次有限元仿真结果上进行的。经过两次反算,得到的修边线满足了事先给定的评定因子的要求(见图3),下面列出了初始计算和两次反算的对比结果。根据第二次反算得到的修边线,用线切割的方法切出一块冲压坯料进行实际翻边,经过检测,该翻边零件基本达到了设计要求。仿真结果和实际翻边结果如图5、图6所示。
从仿真结果对比(表4)中可以发现,随着板料尺寸的优化,板料的成形过程中的翻边力明显的减小了,成形条件得到了改善,整个板料厚度也更加均匀了。
4 结论
通过以上实例,验证了薄板翻边工序仿真的可行性,并提出了用毛坯反求来确定修边线的方法,实际生产应用表明这一方法是切实可行的。它不同于以往确定修边线都是从解析模式入手,仅仅从理论的角度来分析。因为影响翻边过程的因素很多,包括材料的力学性能、模具与工件之间的摩擦、翻边高度等,在理论分析中很难建立一个能全面考虑这些影响的模型,因而只能对一些简单的翻边零件进行分析。但是在仿真分析中则可以很容易地综合各种因素的影响,运用毛坯反求的方法来确定翻边零件的修边线,整个过程都是在计算机中模拟,因此可以节省大量的人力和物力,对于更好地指导修边模的设计,缩短模具的开发周期具有重要意义。
参考文献:
[1] 卢险峰.冲压工艺模具学[Ｍ].北京:机械工业出版社,1998-5.
[2] 周军,马闯,钟志华.基于计算机技术的薄板冲压成型毛坯形状和尺寸反算[Ｊ].计算机仿真,2002,(1):86-89.
[3] 钟志华,李光耀.薄板冲压成型过程的计算机仿真与应用[Ｍ].北京:北京理工大学出版社,1998-6.
