汽车覆盖件冲压的有限元模拟研究

    【论文关键词】: 有限元; 数值模拟; 汽车覆盖件; 拉延  
　　【论文摘要】：针对汽车覆盖件冲压的有限元模拟方面的具体问题进行了研究，采用弹
塑性有限元的数值模拟及试验研究的方法，对汽车覆盖件拉延过程中的成形进行了研究。针
对拉延模拟结果进行应力应变分析，寻找工艺参数的优化方案，改进的工艺方案使破裂情
况明显改善。

  

　　由于冲压工艺具有生产效率高、质量稳定、成本低以及可加工复杂形状等一系列优点，
在机械行业的应用非常广泛，占有十分重要的地位

[1]。但是冲压模具的设计主要依据工程

师长期积累的经验。对于复杂的成形工艺和模具，设计质量难以得到保证

;一些关键性的设

计参数要在模具制造出来之后，通过反复的调试、修改才能确定。这样就浪费了大量的人力、
物力和时问

[2-3]。随着有限元技术和计算机技术的发展，数值模拟已逐渐成为工艺分析及优

化设计的有效工具。

  

　　

  

　　

1. 有限元模型的建立和参数设定  

　　

  

　　一般汽车覆盖件工艺设计流程具体分析如下

: (1) 根据产品图及产品冲压工艺设计，进

行详细的车身产品工艺性分析。为了实现拉延或创造良好的拉延条件，必须合理考虑冲压方
向、工艺补充部分形状以及压料面形式、拉延筋布置等重要工艺因素。其中包括利用计算机进
行的工艺补充面三维设计。

(2) 在满足产品使用的前提下，将过剩的质量要求及时反馈给产

品设计部门，进行研讨，力争把产品完善到最简单、最合理的工艺要求，以克服产品的过剩
质量，减少不必要的工装投入。

(3) 利用计算机进行车身产品的冲压工艺性分析，进行图面

形状的分析探讨和尺寸公差的分析研究，在充分理解、把握产品使用性能要求的前提下，考
虑用户使用和维修，利用塑性加工原理、冲压工艺知识和模具设计结构的有关知识，设计冲
压工艺过程图。在设计过程中，同时要分析冲压工艺方案，发现不足之处，进行必要的修正。
(4) 模具设计人员按照冲压工艺过程图的基本要求进行模具设计，模具 CAD 设计包括上、下
模座，工作部分零件，导向部件，定位零件和进出料装置等设计。数控编程和模型人员按照
冲压工艺过程图和模具图进行数控编程和模型制造，最后按照冲压工艺过程模具图要求进
行机械加工和模具装配调试，最终调试出合格的产品。

  

　　选用某轿车内部地板零件产品图，此零件是一个比较复杂的中小型车身结构件。由于零
件拉延深度深，并且具有局部反拉延，因此成形过程估计会出现问题，为了验证问题所在
我们利用

CAE 软件进行模拟成形计算。对于复杂冲压零件的成形过程，不但同一时刻不同

位置的板坯所承受的变形方式和变形程度不同，而且不同时刻同一位置的板坯所承受的变
形方式和变形程度也不同

;另外，冲压工艺边界条件的设定对变形路径和各部分的变形程度

的影响也非常明显。

  

　　一般划分网格时，首先建立一个拓扑结构模型。这一步骤是连接分离的型面，使你可以
在网格划分的时候得到连续的网格

(两个相连的元素在分界线之问共同享用相同的节点)。系

统能通过你所定义的公差自动辨认普通表面之问的分界线，以建立我们所说的拓扑模型。建
立好拓扑结构以后，应定义网格划分的参数，并进行网格的自动划分。一般情况下要求用户
最少确定四个参数，包括最小元素大小，最大元素大小，两个相连的元素之问的法向夹角
网格的弦高。最小元素的大小影响着网格划分中最小元素的尺寸。当模型的型面比较平坦时
它最大元素的大小则受最大元素参数的影响。两个相连的元素之问的法向夹角所起的作用是
规定了两个相连元素之问的最大法向夹角，即当两个元素的夹角大于用户给定的值时，这
两个元素会分裂为更多的元素，故它影响着倒角和小圆角部分的网格密度，它的值越小网