基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板制件参数化的回弹补偿解决方案

2017-01-05 by:CAE仿真在线来源:互联网

曹振雨,刘万林,郭建峰,许德庆

山东小鸭精工机械有限公司(山东济南25000)

摘要:根据Autoform软件对汽车高强板零件冲压工艺的CAE回弹仿真分析结果,运用ThinkDesign软件中GSM(Global Shape Modelling)功能,自动实现工艺数模的回弹补偿,并且将回弹补偿后的工艺数模再次运用Autoform软件进行冲压工艺的CAE回弹仿真分析,验证回弹补偿是否足够、正确。并且以实际案例表述了这种参数化回弹补偿的解决方案。
关键词:Autoform;ThinkDesign;GSM功能;参数化;回弹补偿;高强度板;汽车后地板纵梁;

The Parameterized Springback Compensation Solution of automotive high-strength board Based on the ThinkDesign and Autoform

Abstact: Based on CAE springback simulation analysis result of automotive high-strength board’s stamping process using Autoform software,use GSM(Global Shape Modelling) function in ThinkDesign software, realize springback compensation of process analog automatically,and use the Autoform again to do CAE springback simulation analysis with the process analog after springback compensation, to validate if the springback compensation is enough and correct.And describe the solution of the parameterized springback compensation with practical cases.

Keywords:Autoform;ThinkDesign;GSMfunction;Parameterized;Springback compensation;High-strength board;Longitudinal beam in the back automobile floor;

1.引言
目前随着汽车轻量化和高安全性要求的不断提高,高强度板零件在汽车车身零件中的比重越来越大。高强度板零件在冲压成形中,面临的最大困难是回弹的控制与补偿,一般的冲压工艺方案生产出的高强度板零件往往都存在着很大的回弹,而且回弹量严重的超出产品所要求的公差范围,严重影响了零件的焊装。而基于板料成形CAE软件对高强度板零件进行冲压工艺分析和回弹分析,得出回弹的仿真结果后,设计者根据回弹的仿真结果再运用CAD软件进行手动回弹补偿设计,整个修改过程需要反复修改、验证,非常费时、费力,准确性较低,而且可能影响甚至改变产品曲面本身的质量。
2. 汽车高强板零件参数化的回弹补偿解决方案
2.1 ThinkDesign软件中GSM功能简介
ThinkDesign软件中GSM功能指的是全局形状建模技术,即Global Shape Modelling,通常简称GSM。利用GSM功能,能够快速准确的进行曲面的设计和修改,根据回弹结果,可以对局部或者全部的曲面进行高速的修改,更关键的是修改后重新生成的曲面能够保持和原先型面相同的曲面拓补结构和曲面质量。
2.2参数化的回弹补偿解决方案
运用Autoform软件对高强板零件进行参数化的冲压工艺全工序设计、分析以及回弹分析,确定出产品最优的冲压工艺方案,获取CAE回弹仿真分析结果,然后依据Autoform软件的CAE回弹仿真分析结果,运用ThinkDesign软件中GSM功能,自动实现工艺数模的回弹补偿,生成回弹补偿后的新曲面,然后将回弹补偿后生产的新的曲面再次运用Autoform软件进行冲压工艺分析以及回弹仿真分析,验证回弹补偿是否足够、正确。如果回弹量依然超差,将再次输出新的CAE回弹仿真分析结果,再运用GSM功能生成新的回弹补偿后的曲面,然后再运用Autoform软件进行CAE回弹分析验证,直至获得公差范围内允许的回弹量。最后,将满足产品回弹公差范围的回弹补偿面输出,在CAD软件中进行冲压工艺的精细化设计,满足加工、编程、生产的需要。参数化的回弹补偿解决方案流程图,如图1所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板制件参数化的回弹补偿解决方案autoform培训的效果图片1

3.汽车后地板纵梁回弹补偿案例
本文以汽车后地板纵梁参数化的回弹补偿过程为例,阐述参数化回弹补偿解决方案的流程。
3.1零件相关参数
本文案例后地板纵梁,材质B250P1,料厚为1.8mm,零件外形尺寸约为1786mmX144mmX277mm。所用材质B250P1为加磷高强度冷连轧钢板,屈服强度在250Mpa-360 Mpa之间,抗拉强度不小于440 Mpa。
3.2基于Autoform设计、分析冲压工艺及结果
本文案例后地板纵梁冲压工艺共三序,分别是OP10 DR(拉延)、OP20 TR+PI(修边冲孔)、OP30 TR+BUR+C-TR(修边翻孔侧修边)。运用Autoform设计的未做回弹补偿的全参数冲压工艺CAE分析结果如图2所示,以及回弹仿真分析结果如图3所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板制件参数化的回弹补偿解决方案autoform汽车仿真图片2

如图2所示,本文案例后地板纵梁冲压工艺CAE分析结果非常理想,但如图3所示,回弹量在-0.93mm--+2.24mm。此产品型面公差要求为:焊接配合面型面公差为±0.5mm,一般面公差为±0.8mm。因此,除了产品顶部型面回弹量在回弹公差范围以内,产品大部分区域回弹量均超过了产品公差范围要求。
3.3基于ThinkDesign设计生成新的回弹补偿面
将Autoform软件中本产品的CAE回弹仿真分析结果输出,运用ThinkDesign软件输入,并使用ThinkDesign-GSM功能生成回弹补偿面。根据CAE回弹结果,产品顶部型面的回弹量在回弹公差范围之内,因此产品顶部型面可以不做回弹补偿,只需要将回弹量超差的区域进行回弹补偿,即利用GSM功能进行局部的回弹补偿,生成新的回弹补偿面。如图4所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板制件参数化的回弹补偿解决方案autoform汽车仿真图片3

将运用ThinkDesign-GSM生成的回弹补偿面与原产品型面相对比,查看两者的差别。如图5所示,底部曲面为回弹补偿后重新生成的曲面,上部型面为原产品型面。因ThinkDesign软件本身的功能优势所在,重新生成的曲面能够保持和原先型面相同的曲面拓补结构和曲面质量,因此回弹补偿生成的新的曲面将保持和原型面一致的曲面拓补结构和曲面质量。

基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板制件参数化的回弹补偿解决方案autoform汽车仿真图片4

3.4再次基于Autoform设计、分析冲压工艺及结果
将运用ThinkDesign-GSM生成的回弹补偿面输出,并在Autoform导入替换相对应的曲面,因为在Autoform中使用了全参数化的工艺设计和分析,因此将相对应的曲面替换后,软件将直接更新再次重新生成新的工艺并进行CAE分析。第一次使用回弹补偿面后设计的冲压工艺CAE结果如图6所示,以及回弹仿真分析结果如图7所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板制件参数化的回弹补偿解决方案autoform钣金分析图片5

如图6所示,进行回弹补偿之后的本文案例后地板纵梁冲压工艺CAE分析结果也非常理想。而且如图7所示,回弹量在-0.19mm--+0.16mm,并且产品焊接配合面绝大部分的型面回弹量仅仅在-0.07mm---0.02mm之间,远远小于产品型面公差要求的范围。因此,不需要再次进行回弹补偿处理,可以判定第一次运用ThinkDesign-GSM进行的回弹补偿的设计可行,最后将ThinkDesign-GSM生成的回弹补偿面输出,在CAD软件中进行精细化的冲压全工序设计。
实际生产出的本文案例后地板纵梁符合检具检查要求,并且完全满足焊装要求。实际生产的产品如图8所示。

基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板制件参数化的回弹补偿解决方案autoform钣金分析图片6

4.小结
综上所述,基于ThinkDesign及Autoform的汽车高强板零件参数化的回弹补偿解决方案,实现了回弹补偿的参数化的设计和调整,即保证了产品本身曲面的质量,更提高了回弹补偿的准确性、可靠性,大幅度的节省了工程师的设计、修改时间,大大提高了工作效率,是一种快速、准确、有效的高强板零件的回弹补偿方案。

参考文献:
[1] 林通. Autoform4.0钣金冲压成形分析从入门到精通[M].北京:机械工业出版社,2009
[2]钟廷志.新编常用金属材料手册[M].北京:人民邮电出版社,2008

作者简介:曹振雨,男,1984年生,山东济宁人,助理工程师,2005年参加工作,研究方向:汽车覆盖件、结构件模具CAD、CAE。

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