基于UG的CAE技术在汽车冲压件生产工艺中的优化与应用

1、广西轻工业GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY机械与电气2010年1月第1期(总第134期 【作者简介】吴剑平(1968-,男,江西九江人,主要从事模具设计与制造方面的教学研究工作。1引言随着计算机技术的不断发展,CAE(计算机辅助工程技术目前已经在各大汽车模具厂广泛用于产品模拟分析、冲压件成型过程分析。通过提前对产品可能出现的成型缺陷进行分析研究,预测汽车冲压件成形的可行性。通过计算机数值模拟技术,达到在设计阶段对冲压质量进行预测,控制成本,提高产品工艺设计的合理性,可以有效的减少设计错误而造成的返修。运用增量求解软件对汽车冲压件进行分析将会花费大量的时间,计算

2、速度也相对较长。因此它适合与冲压工艺的最后验证阶段使用。一步可成形性分析可以在冲压件的早期设计阶段发挥设置简单、求解速度快的优势。如果把一步可成形性分析和增量求解法相结合,就能达到兼顾精度、提高效率的目的。因此这类方法在汽车冲压件生产中被广泛的采用。本文将以汽车门把手的冲压件可成形性分析来说明一步可成形性分析在汽车冲压件生产工艺中的优化与应用。2模型导入与C AE 模型的建立2.1汽车门把手设计模型和预定方案图1为汽车门把手的设计三维模型,该冲压件要求成型后最薄的地方为0.9mm ,最大允许应力为300MPa 。预定方案共有以下四种:图1汽车门把手方案一:材料黄铜,强化系数550MPa ,硬化

3、指数为0.2,各向异性系数为1.3,杨氏弹性模量为782.9MPa ,泊松比为0.228,屈服应力为137.895MPa ,厚度为0.9mm ;方案二:材料40钢,强化系数447MPa ,硬化指数为0.15,各向异性系数为1.08,杨氏弹性模量为126.2MPa ,泊松比为0.25,屈服应力为52MPa ,厚度为1.1mm ;方案三:材料铝5086,强化系数491MPa ,硬化指数为0.118,各向异性系数为1.4,杨氏弹性模量为72MPa ,泊松比为0.33,屈服应力为117MPa ,厚度为1.05mm ;方案四:材料DC04,强化系数575.145MPa ,硬化指数为0.126,各向异性系

4、数为1.547,杨氏弹性模量为210MPa ,泊松比为0.3,屈服应力为161.7MPa ,厚度为1.2mm 。2.2汽车门把手CAE 模型的建立用UG6.0建立汽车门把手的三维模型。主要是应用UG 的NX 钣金模块,用到的命令主要是垫片、折弯、法向除料。过程比较简单,但是步骤繁琐,在此不再赘述。钣金模型如图1所示。UG 的CAE 分析模型既可以是模型的上表面,也可以是下表面,还可以是中位面,但是对于有折弯和凸起这类模型,最好用中位面进行分析。用中位面进行这类模型的分析结果更符合实际情况。下面介绍中位面的创建方法。用UG6.0打开汽车门把手的三维模型,进入建模模块。点击【插入】/【曲面】/【中

5、位面】,在弹出的对话框中找到方法,在方法那里选择偏置;在选择步骤下依次选择目标体和种子面,最后设置中位面位置为50%,勾选隐藏原先的并点击确定。建立中位面分析模型。3冲压可成形性分析3.1设置分析条件(1设置展开区域:点击【分析】/【一步可成形性分析】,在弹出的对话框找到展开区域,点击对话框中的展开区域下的选择面后面的图标,选择刚才建立的中位面。(2设置边界条件:点击一步可成形性分析对话框中的边界条件,选择约束条件为曲线至曲线,并选择冲压前后没有发生改变的边做为固定边(一条就可以了。(3设置材料:点击一步可成形性分析对话框中的设置,点击材料,先选择方案1中的材料黄铜(brass 。再点击一步可

6、成形性分析对话框中的设置,点击材料,将方案一中的材料属性输入到对应的位置上。(4设置网格类型和大小:点击一步可成形性分析对话框中的设置,再点击网格,在这里我们选择单元类型为三角形。如果你没有CAE 经验,不知道单元格应该分多大,可以勾选自动基于U G 的C A E 技术在汽车冲压件生产工艺中的优化与应用吴剑平,吴俊超(九江职业技术学院,江西九江332005【摘要】UG6.0的造型功能可以高效率地设计汽车冲压件,如果能进一步地采用UG6.0的新功能:一步可成形性分析,对设计的汽车冲压件进行进一步的分析,便可以设计出合理的工艺方案,达到节省材料、降低生产成本的目的,还可以对冲压成型质量进行预测,减

7、少因为设计错误而造成的返修。【关键词】CAE 技术;一步可成形性分析;生产成本;UG ;冲压可成形性;工艺分析【中图分类号】TQ320【文献标识码】A 【文章编号】1003-2673(201001-28-0228判断单元格大小选项。然后根据分析结果,再来调整单元大小(去掉自动判断单元格大小选项,并输入适当的数值,重新计算。该功能特别适合于CAE初学者。(5设置脱模方向:脱模方向实际就是展开时固定平面的法向。设置过程也很简单,点击一步可成形性分析对话框中的脱模方向,选择展开时固定平面的法向就行。(6设置冲压厚度:点击一步可成形性分析对话框中的厚度,选择曲面类型为中位面,设置厚度为方案1中0.9m

8、m。3.2分析计算和结果显示(1网格划分和计算点击一步可成形性分析对话框中的计算,再点击网格划分对话框中的【计算】下面的网格图标,完成后将出现网格划分的结果如图2所示。再点击网格划分对话框中的【计算】下面的计算图标,系统将会对刚才建立的CAE模型进行厚度、应力、应变、毛坯形状等进行一系列的计算。(2结果显示点击一步可成形性分析对话框中的结果显示,再点击计算栏“报告”按钮,系统自动抓取各个结果的插图,生产网页格式的一步成形分析报告。点击“确定”完成一步成形分析。图2、图3是计算结果。从结果中可以看出:该方案所得冲压件的最大厚度为1.286mm,最小厚度为0.8674mm,厚度变化不大,而且变化比

9、较均匀。最大应力为5.25.7MPa,最小应力为4.363×10-3MPa,应力较大的区域主要集中在折弯变形区域。最大应变为0.6021,最小应力为5.533×10-7MPa,应变较大的区域主要集中在折弯变形区域。图2厚度分析结果和网格划分结果图3应力应变分析结果4方案的分析和比较按照上面的步骤对4个初始方案进行可行性分析,如下:方案一:变形后最大厚度1.286mm,最小厚度0.8674mm,最大应力525.7MPa,最小应力4.363×10-3MPa,最大应变为0.6021,最小应变为5.533×10-7;方案二:变形后最大厚度1.405mm,最小厚度

10、0.9145mm,最大应力421MPa,最小应力0.06729MPa,最大应变为0.4266,最小应变为2.604×10-7;方案三:变形后最大厚度1.34mm,最小厚度0.8734mm,最大应力420.8MPa,最小应力0.06877MPa,最大应变为0.4257,最小应变为2.657×10-7;方案四:变形后最大厚度1.532mm,最小厚度0.9982mm,最大应力75.73MPa,最小应力7.156×10-5MPa,最大应变为0.427,最小应变为2.718×10-7;从中可以看出从材料的价格上看,40钢和深冲压用钢板DC04的原材料价格都是比较低

11、的,但是40钢最大应力超出了300MPa的要求。从冲压后的制件最小厚度来看,也只有40钢和深冲压用钢板DC04符合要求(大于0.9mm。从冲压后的最大应力上看,最大应力小于300MPa材料只有深冲压用钢板DC04。从以上的分析中,可以明显看出,四种工艺方案中应选择方案四。也就是说要选用深冲压用钢板DC04,厚度选择1.2mm。5结束语利用UG6.0的一步可成形性分析,通过建立分析模型及数值求解方法进行制件的厚度、应力、应变分析,设计人员可以很容易创建正确的坯件、减少并消除了物理冲模试验、减少冲模的设计错误,使冲模的制造成本大为降低。参考文献1秦家爱,仲良维.CAE在汽车冲压件生产工艺中的优化应用J.模具工业,2009,35(7:16-18.2王秀凤,朗利辉,胡东.CAE技术在冲模设计中的应用J.锻造与冲压, 2008,(11:80-8