汽车覆盖件高张力板产品的CAE分析

魏新华

摘 要：本文简述了CAE技术在汽车覆盖件高张力板产品成形的应用，通过对拉延工序进行冲压成形模拟分析，提前预知成形缺陷，并采取有效措施，进行成形工艺的调整与优化。实践证明，分析计算缩短了模具制造周期，减少了模具调试次数，降低了生产成本。

关键词：覆盖件；高张力板；冲压成型；CAE分析

1.引言

众所周知，轿车的日益大众化，地球环境、能燃问题变为突出，要求轿车生产厂家在保证车体基本要求的前提下，最大限度的降低重量，一个重要措施就是大量使用高强度板，用高强度钢材所制造的车身实现了更薄和更轻的结构，能使车身重量减轻达25%。降低车身重量不仅能降低油耗，还可有效减轻刹车系统的负荷，提高发动机效能。通常使用高张力钢板的材料多为980MPa、780MPa、590MPa及440MPa的高张力钢板。

增加高张力钢板在轿车上的应用，给带来模具行业的一次挑战。与常规材料相比，高张力钢板材料缺点是材料的延伸性能低，成型性能较差，成型后产品回弹严重。目前，国外欧美和日本等国家对此类部件的模具研究比较深入，已经取得长足的进步，出现很多研究成果，主要应用于实际操作的方法有两种：一是辊压成形，主要针对条形制件；另一种是热成型法，主要应用于形状较复杂的制件。但是，在国内，大多仍旧采用较为传统的冷冲压方式，因此模具开发所需时间较长，开发费用也普遍很高，对于使用这类材料的产品进行CAE的工艺成型性分析显得尤为重要。

Dynaform是由美国ETA公司开发的用于板料成形模拟的专用软件包，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期，不但具有良好的易用性，而且包括大量的智能化自动工具，可方便地求解各类板成形问题。它可以预测成形过程中板料的破裂、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助；可以用于工艺及模具设计涉及的复杂板成形问题；还包括板成形分析所需的与CAD软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能。

2.产品信息及材料参数设定

2.1产品信息：

结论：由图中可以看出产生应变最大的部位是面型的拐角区域，且零件大面积出现黄色区域。这是由于金属左右和前后的流动速度不一致造成的，拐角周围金属流动快，拐角处金属流动慢，由于这种快慢的差异使金属产生径向的变薄拉伸，因此金属在此处受到的径向应變最为显著。

结论：产品局部最大减薄率为56%，最小减薄率为-8.7%。而且图上显示产品大部分面积处于该区域（深蓝色），这是由于金属的流动速度不一致造成的，前后流动慢，左右流动快，这种快慢的差异使金属产生径向的变薄拉伸，造成前后侧面出现减薄。

综合结论：通过上述分析结果判定：零件表面质量良好，但成型后存在开裂的风险。鉴于上述分析，对产品工艺进行变更，进行二次成型工艺分析。

3.2 二次成型工艺分析：

结论：产品极个别点出现最大减薄率为39.2%，极个别点出现最小减薄率为-13.7%。从图上色差可以看出产品绝大部分区域减薄处于18.7%以内，说明产品成型后状态良好。

综合结论：通过上述分析结果判定：零件表面质量良好，消除了一次成型工艺存在的产品开裂和起皱风险。

4.结束语

本文通过对汽车覆盖件高张力板产品成形工艺的CAE分析，为设计者进行产品工艺数模的优化处理和模具设计提供了参考依据，也为后期模具的产品调试提供了有力的指导。汽车覆盖件形状复杂，在拉伸成型过程中常常出现起皱和开裂的情况，尤其高张力板材料本身延伸率低，成型性能差，产品成型之后回弹较大。因此，通过对这些具有复杂型面、材料特殊的产品进行成型工艺的CAE分析，可以帮助设计者提前发现工艺上的潜在问题。然后，再次对工艺数模进行优化处理后进行模具设计。这样，为后期的模具调试减少很多的工作量，也为设计品质的改善提供一些参考依据。

参考文献：

[1]王秀凤，郎利辉.板料成型CAE设计及应用[M] .北京：航空航天大学出版社，2010，7

[2]《现代模具技术》编委会.汽车覆盖件模具设计与制造【M】.北京：国防工业出版社，1998.