搜索【autoform技術(shù)案例】以B柱為例進(jìn)行系統(tǒng)性拉延筋設(shè)計(jì)
2019-04-19 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
金屬成形中拉延工序重要步驟之一是拉延筋的設(shè)計(jì)。拉延筋的位置和形狀必須得到仔細(xì)優(yōu)化,以獲得一個(gè)穩(wěn)定的工藝,用最少的材料生產(chǎn)出高質(zhì)量的零件。但是汽車(chē)業(yè)內(nèi)常見(jiàn)的操作是通過(guò)手動(dòng)優(yōu)化以獲取一個(gè)成功的設(shè)計(jì)。通過(guò)這種方法,需要進(jìn)行連續(xù)的模擬以找到最佳拉延筋位置和形狀。然后根據(jù)一些質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)手工評(píng)估多個(gè)模擬結(jié)果。這種反復(fù)試錯(cuò)方式最主要的缺點(diǎn)是在做決定時(shí)缺乏透明度,得到有限的潛在工藝窗口信息。
另外,系統(tǒng)性工藝優(yōu)化方法還可以發(fā)現(xiàn)和解決沖壓過(guò)程中遇到的關(guān)鍵問(wèn)題。
通過(guò)一個(gè)汽車(chē)零件,將展示這個(gè)推薦的方法能提供透明度更高的拉延筋設(shè)計(jì),提供在試模和生產(chǎn)階段成形工藝調(diào)試的關(guān)鍵信息。
從一個(gè)有效的拉延筋模型開(kāi)始
由于在成形模擬中使用真實(shí)拉延筋需要很長(zhǎng)CPU時(shí)間,更好更高效的解決方案是使用高級(jí)自適應(yīng)虛擬筋模型(Advanced Adaptive Line Bead Model)。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)于拉延筋阻力和上舉力在模擬期間的不斷更新,和其他虛擬筋模型有所不同。
設(shè)計(jì)和試模階段的拉延筋減少策略
在大多數(shù)案例中,拉延筋需要調(diào)整。在概念開(kāi)發(fā)階段,工程師可能改變拉延筋輪廓、數(shù)量并測(cè)試不同的幾何體截面。截面形狀的類(lèi)型和定義主要根據(jù)公司標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義,但仍需要工程師調(diào)整以選擇合適的拉延筋幾何體。如下圖所示,凸筋和凹槽都可以通過(guò)調(diào)整截面得到最佳的阻力效果。通常凸筋和凹槽之間的間隙是固定的?！?
圖一 減少策略-設(shè)計(jì)
真實(shí)模具試模期間,拉延筋可能被減少以達(dá)成最佳成形狀態(tài)和一個(gè)成功的成形工藝。在這種情況下,模具已被加工,通常的方法是打磨拉延筋以減小其阻力效果。在公司標(biāo)準(zhǔn)中也定義了這種減少策略,并且通常只允許打磨。例如,第一增加凹槽半徑以獲得理想效果。 如果這還不夠,接下來(lái)可以降低筋的高度。 通常,凹槽寬度保持不變。
圖二 減少策略-試模
在工程中,通過(guò)定義一個(gè)減少狀態(tài)的參數(shù)來(lái)控制拉延筋的變形,最開(kāi)始是初始狀態(tài)拉延筋截面,通常呈現(xiàn)最強(qiáng)的阻力。減少狀態(tài)可以設(shè)定0(完全減小狀態(tài),最小阻力)和1(初始狀態(tài))之間的值。 當(dāng)前拉延筋截面由減少狀態(tài)的值和減少策略中定義的相關(guān)參數(shù)確定。
圖3減少策略示例。 該策略規(guī)定首先增加凹槽流入圓角半徑(R1),然后在必要時(shí)減小凸筋高度(H),最后,如果拉延筋仍然太強(qiáng),則增加凹槽流出圓角半徑(R2)。
應(yīng)用實(shí)例
以真實(shí)零件B柱加強(qiáng)板為例。
圖四 測(cè)試HC180B的B柱,厚度0.8 mm,一出二
對(duì)于該零件,定義并計(jì)算了完整的模擬設(shè)置。 圖五顯示了成形性結(jié)果,可以快速了解成形問(wèn)題。 結(jié)果顯示沒(méi)有開(kāi)裂問(wèn)題,但是零件沒(méi)有得到充分拉伸,并且存在可能導(dǎo)致部分起皺的增厚區(qū)域。 到目前為止還沒(méi)有指定拉延筋。
圖五 沒(méi)有拉延筋的基礎(chǔ)模擬成形性結(jié)果
為了改善當(dāng)前結(jié)果,工藝設(shè)計(jì)的下一步是定義拉延筋,以不開(kāi)裂的前題下使零件充分拉伸。模擬工程師當(dāng)今的典型任務(wù)之一是確定這種拉延筋的有效分割。 結(jié)合已經(jīng)描述的減少策略功能 - 將使用系統(tǒng)工藝優(yōu)化方法。
減少策略定義如下:
1.將凸筋高度從5毫米降低到1毫米。
2.將凹槽半徑從2毫米加大到4毫米。
在減少狀態(tài)1的情況下:凸筋高度= 5毫米; 凹槽半徑= 2毫米
在減少狀態(tài)0的情況下:凸筋高度= 1毫米; 凹槽半徑= 4毫米
減少狀態(tài)被定義為設(shè)計(jì)變量,并且計(jì)算8個(gè)模擬。使用由這些多次模擬構(gòu)建的元模型,模擬工程師能夠研究減少狀態(tài)對(duì)任何臨界區(qū)域的影響,例如: 通過(guò)圖六中所示的散點(diǎn)圖。該圖的Y軸表示最大失效 - 估算材料開(kāi)裂幾率的結(jié)果變量。 背景顏色代表所需的限制,即必須避免紅色區(qū)域,因?yàn)椴牧蠈㈤_(kāi)裂,黃色接近臨界極限,材料可能產(chǎn)生頸縮,綠色是安全區(qū)域。 根據(jù)減少狀態(tài)的值,紫色曲線(xiàn)表示結(jié)果的趨勢(shì),紫色圓圈表示當(dāng)前變量值對(duì)應(yīng)的結(jié)果。
圖六 在板料上選定的網(wǎng)格減少狀態(tài)和結(jié)果變量最大失效的關(guān)聯(lián)散點(diǎn)圖
這些信息允許工藝工程師選擇合適的拉延筋截面以獲得材料流動(dòng)的最佳控制。這導(dǎo)致零件周?chē)咏畹挠行Х指睢?例如,如圖六所示,當(dāng)前減少狀態(tài)0.5不會(huì)得到一個(gè)安全零件,因?yàn)樗挥诩t色和黃色區(qū)域之間; 減少狀態(tài)應(yīng)低于0.4,因?yàn)橹挥性谀切┣闆r下,“工作點(diǎn)”才會(huì)位于綠色區(qū)域。 在其他區(qū)域,需要調(diào)整其他減少狀態(tài)變量值。 總之,更好的局部減少狀態(tài)得到最終的拉延筋分段。
圖七 標(biāo)識(shí)了拉延筋的分段
圖七顯示在這種情況下,零件周?chē)钠叨卫咏顚?duì)于獲得成功且穩(wěn)定的工藝必不可少。 其中六段淺綠色是兩段拉延筋之間的過(guò)渡區(qū)域。
識(shí)別拉延筋分割的驗(yàn)證
在此分段之后,應(yīng)該對(duì)每段拉延筋使用相同的減少策略來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證分析。完成了七個(gè)設(shè)計(jì)變量的系統(tǒng)工藝優(yōu)化分析。然后以半自動(dòng)方式評(píng)估這些多次模擬的結(jié)果。選擇描述零件質(zhì)量和性能的若干結(jié)果變量,并定義其所需的限制。在這種情況下,指定了開(kāi)裂和起皺的極限。例如,如果最大失效值超過(guò)0.8(應(yīng)變狀態(tài)比成形極限曲線(xiàn)低20%)并且減薄率大于25%,被定義為開(kāi)裂極限。根據(jù)已定義的問(wèn)題極限,可在問(wèn)題檢查中自動(dòng)找到問(wèn)題、臨界和潛在臨界區(qū)域。對(duì)這些區(qū)域中的每一個(gè)進(jìn)行交互式檢查,以確定在進(jìn)一步評(píng)估中是否必須考慮所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。之后,基于已接受的問(wèn)題自動(dòng)得到可行的解決方案,該解決方案完全滿(mǎn)足所有要求的限制。
基于可成形性結(jié)果變量,圖八中展示了被推薦的減少策略設(shè)置的結(jié)果?？梢钥闯?零件的拉伸被明顯改善,并且避免了所有開(kāi)裂問(wèn)題。
圖八 每段拉延筋減小策略的最佳值狀態(tài)下的成型性圖
圖九 不同減少策略狀態(tài)的拉延筋截面
最終,減少策略的每個(gè)值對(duì)應(yīng)一個(gè)真實(shí)的拉延筋形狀,圖九所示兩段不同拉延筋的截面,與右圖拉延筋相比較,左圖拉延筋的阻力較大。
由于可以在上述概念和設(shè)計(jì)階段完成,因此可以擴(kuò)展SPI方法,同時(shí)以噪聲變量形式考慮其它工藝過(guò)程相關(guān)的不穩(wěn)定性。其中,一個(gè)典型的用法是在材料特性中設(shè)定公差。因此,當(dāng)模具在沖壓生產(chǎn)線(xiàn)上工作時(shí),拉延筋先后進(jìn)行設(shè)計(jì)相關(guān)和噪聲相關(guān)模擬的減少策略確保了可靠的安全生產(chǎn)結(jié)果。
“該方法可以作為一種可靠的方法來(lái)獲得沖壓模具中拉延筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)。它由幾個(gè)定義明確的步驟組成,工藝工程師可以在拉延工序設(shè)計(jì)過(guò)程中輕松地完成這些步驟。該方法將工程循環(huán)的數(shù)量保持在最小,并提供了更多工藝窗口,調(diào)試和生產(chǎn)過(guò)程中可能的工藝控制的意見(jiàn)?！盇utoForm技術(shù)產(chǎn)品經(jīng)理Igor Burchitz先生如是說(shuō)。
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