汽车覆盖件低熔点试制模具的开发和仿真flnn.docx

汽车覆盖盖件低熔熔点试制制模具的的开发与与仿真发布：220088-6-9 116:558:550   来源:模具网     编辑：佚名汽车覆盖盖件试制制模具是是汽车开开发过程程中的重重要环节节，只有有被试验验证明是是合格的的车身覆覆盖件才才可以被被投入到到生产制制造中去去。本文文在大量量实践的的基础上上，介绍绍了一种种低熔点点合金试试制模具具的开发发流程，并并针对基基于Auttofoorm的模具具设计、模模具浇注注、试模模进行了了详细的的阐述，并并针对试试制模具具的发展展进行了了一定的的展望。车身覆盖件的试制特点车身覆盖件的开发由于涉及汽车结构、车身强度、大规模生产的工艺性、制造成本等多领域、多学科的知识，因此对于设计完成的覆盖件一定要按要求制作样件，做大量的试验，只有被试验证明是合格的车身覆盖件才可以被投入到生产制造中去。目前试制模具主要解决的是车身覆盖件的拉延和整形问题，落料、切边、开孔工作一般由激光切割或手工来完成。对于R圆角要求不高的翻边、折边等工作一般由相关夹具定位，手工完成，对于要求较高的翻边可以采用压机辅助或使用专用翻边设备方式。因此车身覆盖件的成形拉延模具是整个车身试制的关键。车身覆盖件的试制的特点有：（1）生产件数少，一般由几件到几十件；（2）周期短，如一副车门内板的整个样件制作周期只是一至一个半月；（3）质量接近量产零件质量，如试制零件的基准点（RPS点）、批量检测点（PMP点）、匹配面尺寸点（CP点）必须合格，尺寸超差点（BK点）在单个零件中一般不能超过2个。当今，各大汽车设计单位普遍采用的是快速制模的方法来制造车身覆盖件样件，主要采用的方法有：低熔点合金模具、聚胺脂模具、金属喷涂制模、基于离散型面的无模冲压等。其中，低熔点合金模是利用聚氨酯材料母模，用低熔点合金直接浇注出凹模和压边圈的模具。其主要流程如图1所示。图1模具具开发流流程基于Auutofformm的试制制模具设设计技术术世界上上大的汽汽车集团团的车身身开发与与模具制制造都要要借助于于一种或或几种板板成形模模拟软件件来提高高其成功功率和确确保模具具制造周周期。国国际上通通行的软软件主要要有美国国eta公司的Dynnafoorm、法国ESI集团的PAMM系列软软件、德德国AuttoFoorm工程股股份有限限公司的的AuttoFoorm，国内内有吉林林金网格格模具工工程研究究中心的的KMAAS软件、北北航的SheeetFFormm、华中中科技大大学的Vfoorm等。其其中AuttoFoorm的特点点是：1）提供供从产品品的概念念设计直直至最后后的模具具设计的的一个完完整的解解决方案案，其主主要模块块有Useer-IInteerfaace（用户户界面）、Automesher（自动网格划分）、Onestep（一步成形）、DieDesigner（模面设计）、Incremental（增量求解）、Trim（切边）、Hydro（液压成形），支持Windows和Unix操作系统。2）适合于复杂的深拉延和拉伸成形模的设计，冲压工艺和模面设计的验证，成形参数的优化，材料与润滑剂消耗的最小化，新板料（如拼焊板、复合板）的评估和优化。3）在算法上快速、有效、可靠。最新的隐式增量有限元迭代求解技术不需人工加速模拟过程，与显式算法相比能在更短的时间里得出结果；其增量算法比反向算法有更加精确的结果，且使在FLC失效分析里非常重要的非线性应变路径变得可行。即使是大型复杂制件，经工业实践证实是可行和可靠的。4）求解速度快、界面友好、易于上手、对复杂的工程应用也有可靠的结果。AutoForm能直接由设计师来完成模拟，不需要大的硬件投资及资深模拟分析专家，其高质量的结果亦能很快用来评估，在缩短产品和模具的开发验证时间、降低产品开发和模具成本、提高产品质量上效果显著，对冲压成形的评估提供了量的概念，给企业带来明显的竞争优势和巿场机遇。基于Autoform的试制模具仿真模具形面设计模具的工艺补充面可以根据图2步骤予以实现。图2基于于Auttofoorm模模具设计计流程Onesstepp验证：在检查查零件有有无冲压压负角后后，检查查零件拔拔模角，一一般不小小于57°。在Oneesteep功能中中，先对对孔洞和和间隙进进行填充充，棱边边进行倒倒圆处理理，再根根据产品品数据，或或产品压料面面，或产产品压压料面工艺补补充面等等进行计计算，求求得最小小毛坯、皱皱纹及裂裂纹等缺缺陷、FLD、材料料伸长量量和厚度度减薄率率等参数数，并以以此来判判断是否否需要进进一步做做模具设设计。以Auttofoorm44.0为例，最最为重要要的是设设定proocesssorr/reestrrainn的值，它它的大小小表徵了了材料在在成形过过程中所所受变形形抗力的的大小。一一般而言言，通过过resstraain值可以以间接知知道覆盖盖件模具具的压料料筋强弱弱。如果果安全区区域能覆覆盖零件件表面的的2/3，则在在今后的的模具设设计过程程中可以以通过调调整工艺艺补充面面和拉沿沿筋尺寸寸来实现现零件的的op220工序目目的。模拟中中起皱和和破裂判判断的依依据是：在薄板板冲压成成形中，压压缩失稳稳为导致致起皱的的主要表表现形式式，以单单元增厚厚率判断断起皱；拉伸失失稳局部部颈缩为为导致破破裂的主主要表现现形式，以以成形极极限图（FLD）判断断破裂。确定冲冲压方向向：模具具以无冲冲压负角角为第一一优先原原则，根根据平均均法向原原则、最最小拉伸伸原则、最最小冲压压质量差差原则来来确定冲冲压方向向。冲压压方向的的选择还还与材料料的平衡衡变形有有关。Auttofoorm除了可可以自动动将数据据按照冲冲压方向向定义要要求转动动外，还还可以自自动表明明型面冲冲压危险险区域。确定压压料面：压料面面（binnderr）的确确定以平平滑光顺顺为原则则，考虑虑到拉延延深度、压压料面轮轮廓线光光顺、面面轮廓规规整等原原则，Auttofoorm将自动动生成压压料面。压压料面的的形成是是轮廓样样条曲线线来控制制的，因因此确定定压料面面与工件件拟合程程度的轮轮廓样条条曲线的的调整是是关键所所在。在在试制模模具中，为为了便于于提高加加工速度度，压料料面最好好是做成成平面或或单曲率率曲面。对对于Auttofoorm，除了了可以通通过定义义参数自自动生成成压料面面外，还还可以手手动生成成控制曲曲线，形形成压料料面。确定工工艺补充充面：在在压料面面形成后后，考虑虑板料的的成型以以及后续续工作的的工艺性性，从原原始数据据型面做做工艺补补充面至至压料面面。在Auttofoorm中工艺艺补充面面由相关关的几对对参数决决定，改改变一个个参数有有可能会会影响到到其它参参数，因因此在Auttofoorm中补出出理想的的工艺补补充面是是一件非非常繁琐琐的工作作。Auttofoorm在压料料面和工工艺补充充面生成成上的优优势在于于：几何何感强，便于直观评价；全参数化，便于修改；与Onestep和Incremental求解完全集成；通过2D模拟完成工艺补充轮廓的优化处理，自动和交互式地完成工艺补充面。确定拉沿筋：布置拉延筋不仅需要考虑调整板材在成形过程中局部的流动速度，还需要考虑后续修边和拉延时可能产生的问题。在模具工艺设计时，Autoform提供的是等效拉延筋的概念，但是在模具结构设计中，拉延筋的具体几何尺寸如：凹筋转角半径、凸筋高度、凸筋转角半径、凸凹筋之间间隙等由Autoform专门模块提供。基于Autoform的计算、效核模具设计完后要进行冲压模拟。Autoform使用的是Incremental模块，根据增量法原则，对模具工艺方案进行反覆优化模拟或进行选择性模拟，全面讨论模具工艺性设计。它使用许多现代模拟技术，如应用新的隐式有限元算法保证求解的迭代收敛；弯曲效应的考虑利于求解回弹；采用自适应网格、时阶控制、复杂工具描述的强有力接触算法、数值控制参数的自动决定和使用精确的全量拉格朗日理论等保证求解快而且准确；新的切割算法来增加精度。它还融入了许多工程应用技术，如，等效拉延筋阻力模型可以考虑板料经过拉延筋时的弯曲、反弯曲效应，拉延筋的几何模型针对不同的材料会产生不同的摩擦系数。该软件的材料参数库开放性强，除了包括美国、日本及欧洲的上百种广泛使用的材料数据库之外，可以自行建立适应用户需要的参数库。Autoform的Incremental在模拟过程中有很多优势，如：速度快，对于一副前盖的模具模拟时间只要23小时；准确，根据实际经验，模拟的相似度可达70%左右；可以详细的表徵有关的模拟量，如，破裂、变薄、伸长、起皱，成形极限图FLD、材料流入量、滑移和冲击线、成形力等；可以完整的模拟冲压全过程，如，重力下滑、压边、拉延、切边、整形等。图3是一副模具模拟后的冲压件状态图。图中可见变形充分区域（绿色），变形不充分区域（灰色），材料撕裂区域（红色），材料起皱区域（紫色）。根据这些情况，我们可以对模具工艺面或料片大小、开孔数量和位置、压料筋强弱位置进行修改。图3模拟拟变形状状态图汽车覆盖盖件试制制模具的的设计由于Auttofoorm的精度度不高，它它所生成成的工艺艺补充面面大多还还需要用用CAD软件根根据它的的特徵进进行重新新构造。试试制模具具的设计计在拉延延阶段只只设计凸凸模，同同时为了了提高制制造速度度，试制制模具一一般只设设计模芯芯，没有有模架，模模具中一一般不含含斜切机机构。试制模模具设计计的同时时也是数数据整理理的过程程。采用用统一规规范的CAD数据，包包括从设设计到模模具加工工完毕几几乎所有有的信息息，这对对以后模模具制造造各个环环节上的的人都有有参考作作用。试制模模具的凹凹模、压压边圈的的制造技技术低熔点点合金模模指的是是利用母母模，用用低熔点点合金直直接浇注注出来的的模具。通通常采用用的是一一种锡铋铋合金（锡52%，铋48%）作为制模材料，它的熔点为137。低熔点材料是一种非常好的快速模具材料，它具有：熔点低，熔化速度快，有利于提高制模效率；在熔化状态下流动性好，成模清晰；具有一定的冷胀性，便于固定模具镶块及其它部件。但是由于低熔点合金材料强度低（抗拉强度只有60MPa左右），所以对于板厚超过1.5mm的板材就不十分合适了。将制作完成的凸模放在浇注平台上，用MCP蜡片作为料厚贴在凸模上。在整个浇注过程中，蜡片贴的质量是浇注成功与否关键所在，因其在高温金属溶液的冲击下可能会发生剥离、起泡、局部熔化的现象，所以一定要注意蜡片的布置和结合处的粘结效果。对于料厚超过1.2mm的蜡片，需按照模具形面结构进行蜡片的分割处理，以使得蜡片附着有力，蜡片与模具之间没有气孔。在蜡片贴完后按如图4形式进行搭建凹模浇注框。1浅注注框，2锡铋合合金凹模模，3蜡片，4凸模，5压边圈圈（耐高高温泡沫沫），6支撑图4凹模浅浅注框对于锡铋铋合金来来说，浇浇注温度度越高，越越易成形形，但是是由于蜡蜡片熔点点只有150，所以以浇注温温度不能能太高，一一般在143左右。为为了提高高型面的的浇注质质量，使使得锡铋铋合金在在浇注后后尽快冷冷却，还还应布置置冷却水水道。最后，再再根据制制作成功功的凸模模和凹模模翻制压压边圈。试制模模具的调调试试制模模具能否否按期交交货很大大程度上上取决于于试模的的顺利与与否。同一般般模具调调试一样样，试制制模具在在调试时时也采用用涂色法法对凹模模与压边边圈贴合合面进行行研配，使使得接触触面积大大于75%，以便便真实反反映材料料成形时时的流动动过程。其其次，对对凹模和和凸模之之间进行行涂色研研配，以以消除加加工和安安装误差差。最后后，逐步步调整模模具成形形力和压压边力，以以消除零零件开裂裂或起皱皱现象。由由于材料料成形是是一个复复杂过程程，调整整压边力力、增大大凹模圆圆角、调调整润滑滑条件虽虽然能起起到很好好的作用用，但是是有时由由于零件件本身结结构、尺尺寸的限限制，这这些方法法起到的的作用有有时不是是很明显显。实践践证明调调整坯料料尺寸或或形状有有时也是是一种很很好的试试模方法法。提高试试制模具具开发速速度的设设想试制制模具具具有反映映速度要要求快，精精度要求求不高的的特点，因因此可以以通过参参数化设设计与模模块化制制造来提提高试制制模具的的开发速速度。不同汽汽车厂的的产品虽虽然风格格迥然，但但产品结结构却具具有相似似性和继继承性。我我们可以以组建相相似件的的冲压工工艺数据据库，如如对于车车门外板板、翻边边各种形形式逐一一规类，针针对不同同的形式式采取了了哪些不不同的解解决方法法，将这这些信息息汇总起起来，当当出现新新门板零零件时，我我们可以以在完成成对零件件结构的的分析后后，借鉴鉴历来典典型结构构的试制制工艺，排排出新零零件的试试制工艺艺。试制模模具参数数化、模模块化的的难点在在拉延模模具型面面的设计计上，目目前工艺艺面的设设计往往往占整个个模具设设计时间间的70%左右。我我们可以以利用目目前CAD软件强强大的参参数化设设计功能能，针对对车身不不同的零零件将其其模具的的补充工工艺面全全部参数数化。这这样导入入类似新新零件数数据后只只需调整整少量参参数就可可以得出出新模具具的设计计了。以上所所设想的的方法必必须有两两个前提提：（1）设计计过足够够量的模模具，（2）必须须明确覆覆盖件典典型结构构的具体体划分。原载中中国机械械与金属属