有限元分析在汽车覆盖件成形中的应用

于 玲，王 蕾

（河南工业职业技术学院教务处，河南 南阳473000）

汽车覆盖件是冲压零件中比较特殊而又相当重要的一种，具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大、表面品质要求高、曲面多为空间曲面、配合协调性高等特点，工艺很复杂，其模具的制造周期直接影响汽车的制造成本以及新产品的开发周期。长期以来，我国汽车覆盖件模具的设计和制造是在以往经验的基础上，通过模具制造后期的反复调试并最终完成的。这种凭经验和试制的方法不仅使模具制造周期过长，而且成本过高，品质也得不到保证。

随着有限元数值模拟技术的不断发展和完善，可以对复杂的板料成形问题进行模拟分析，以前的大量试冲压、修模的工作可以通过有限元软件虚拟进行，并获得重要的工艺参数，从而为优化工艺参数，缩短模具制造周期提供依据。

1 零件介绍

汽车覆盖件按功能和部位可分为外覆盖件、内覆盖件及骨架类覆盖件三类。行李箱后盖属于比较典型的外表面零件，在车身冲压件中占有重要地位，质检部门对产品的外表面品质及刚、塑性都有较高的要求。图1所示为某型号轿车行李箱后盖，其与后风窗相连的外表面形状平坦区域，在产品成形时不易充分变薄，成形后极易产生变形及回弹。另外，在拉深中如果材料塑性流动不均匀，还会产生拉裂和起皱。

图1 轿车行李箱后盖

2 有限元模型的建立

（1）曲面模型的建立

可以通过两种方式建立曲面模型：一种是在Dynaform中直接建立；另一种是通过商品化的Pro／E和UG等软件导入。本文在UG软件中建立了如图2所示的汽车覆盖件模型图，并进行必要的工艺补充，然后建立相应的凸凹模和压边圈模型，提取各自的曲面，然后存为IGES格式并导入Dynaform软件中进行网格划分及有限元分析。

图2 覆盖件模型图

（2）拉深筋和压料面的的设定

在汽车覆盖件成形模中，设置拉深筋的目的是通过提高材料的流动阻力，增大材料的塑性变形，减小零件的回弹，从而提高贴模精度。拉深筋的形状和布局对成形结果有直接影响。拉深深度的大小在很大程度上决定了产品的成形性，对于有大部分平缓区域的型面来说，衡量成形性的好坏，不仅要看是否有充分的塑性变形，而且要看变形的分布是否均匀。成形性越好，则产品刚性越好，且回弹小。压料面的位置是根据适当的拉深深度确定的。图3为设定了拉深筋和压料面的行李箱后盖横截面图。

图3 横截面图

（3）单元网格的划分

一般采用先自动划分单元网格后手动划分的方法。在划分完网格后，还要检查凸凹模、压边圈和板料网格的法矢量、边界、重复单元、修改网格直至没有错误为止。

3 模拟结果及分析

行李箱后盖所用的板材厚度t=0.8 mm，弹性模量E=2.07×10 MPa，屈服强度σs=165 MPa，塑性硬化指数n=0.237，厚向异性指数r=2.295。图4为材料厚度模拟结果云图，可以清楚地看出材料的厚度变化。由于拉伸筋的影响，其周边的材料变薄最大。图5为材料成型极限图，可以得出外表面平缓区域的变薄率在4%~5%之间，板料的变形状态较为理想。

图4 厚度云图

图5 成型极限图

4 结束语

通过有限元数值模拟了行李箱后盖成形过程，预测了可能出现的缺陷。由结果可以得知：针对所给板材，选择该冲压工艺参数，所设计的工艺能够满足成形的需要，从而减少了反复试模的次数，提高了冲压工艺和模具设计质量，并大大降低了模具开发成本和开发周期。

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