基于PAM-STAMP的汽车发动机盖板拉延成形仿真设计

2014-08-23王宝昌

森林工程 2014年4期

王宝昌，董丽

(青岛港湾职业技术学院港口机械系，山东青岛 266404)

拉延是汽车覆盖件生产的最关键的一序，如果拉延后的零件不合格将直接影响到后序甚至导致零件报废。传统的汽车覆盖件模具设计主要是通过确定工艺方案、设计拉伸模面、制造拉伸模、最后经过现场拉伸调整。一旦前期的技术方案不合理就会给后期的模具调整增加难度，甚至导致模具报废，重新确定工艺方案，致使拉延模的设计与制造效率极低，成本大幅度提升。CAE仿真辅助模具设计的应用能够大幅度提高模具的设计准确程度，缩短设计与制造周期，降低成本，也越来越得到了广大汽车覆盖件模具设计、制造厂商的认可。本文利用PAM-STAMP 2G软件的模具设计及结构优化的功能，建立了基于虚拟试模过程的模具结构优化方法，从而通过计算机软件模拟优化代替了传统的修模方法。

1 基于PAMS-TAMP的模具快速设计及CAE仿真

1.1 基于PAM-STAMP的凹模面快速设计

工件如图1所示，板材为DP500，厚度1 mm，在设计中左右两边对称，设计优化中采用1模2件。图2 为处理后的工件，图3为利用PAM进行快速凹模面设计的结果，采用了两种不同的工艺补充面结构，凸模及压边圈由凹模面偏置生成。

图1 工件

图2 处理后的工件

图3 工艺补充后的凹模

1.2 基于PAM-STAMP的成形CAE仿真

模拟中采用相同的工艺参数对上述两种凹模面进行了成形CAE仿真，板料成形后的厚度云图如图4所示。

图4 不同工艺补充成形后的板料厚度云图

采用直线形的工艺补充对成形的压边力大小进行了模拟分析。压边力公式：

BHF=AQ。

(1)

式中：BHF为压边力，N；A为压边圈下毛坯投影面积，mm2；Q为单位压边力，MPa。

根据公式(1)初步估算出压边力为600 KN，本次模拟中选用550、600、650 KN进行了仿真分析，板料成形后的厚度云图如图5所示。

该零件属于典型的汽车覆盖件，为了使板料变形时充分延展得到较好的塑性变形，从工艺的角度需要在工件的四周布置拉延筋，本次模拟选用了整体的封闭式U形虚拟拉延筋，拉延筋形状参数设定菜单如图6所示，参数见表1，不同参数拉延筋仿真结果如图7所示。

表1 拉延筋参数

图5 不同压边力成形后的板料厚度云图

图6 拉延筋编辑菜单

2 CAE仿真结果分析

由图4可知，直线形的工艺补充更加适合该工件的成形；由图5可知，650 KN的压边力过大，导致压边圈上的板料没有向凹模内流动，600 KN的压边力下板料成形后质量较好，而当压边力为550 KN时，板料成形后有部分区域出现了起皱现象(如图5(c)所示)，这说明600 KN的压边力是比较合适的选择；由表1和图7可知，拉延筋的工艺参数对板料的成形质量有着显著的影响，拉延筋的参数设定选择(c)方案比较合理。

3 结论

本文利用专业的板材模拟软件PAM-STAMP 2G的快速模面设计和虚拟成形过程功能，对发动机盖板设计进行了结构优化，模拟实际工作状态，通过采取不同的压边力，最后确定了合理的工艺参数。利用计算机软件虚拟模拟取代了传统的工艺，并且在本文中采用直线形的工艺补充面的方法，通过模拟仿真发现在压边力为600 KN时该工件的成形质量较好，符合实际应用需要。因此通过以上模拟分析不但可以一次性的获取正确的模面设计，而且保证了表面质量，并且在实际机加工之前通过软件模拟可以控制回弹角度、防止起皱、防止过度剪薄以及避免成形质量缺陷，使拉延模的设计过程得以简化，提高了生产效率，节省了劳动成本，对企业生产起到了一定的指导意义，可做为工厂模具设计和生产的理论依据。