冲压成形工艺中的CAE分析

长期以来，我国汽车覆盖件模具的设计和制造是在以往经验的基础上，通过模具制造后期的反复调试并最终完成的。这种凭经验和试制的方法不仅使模具制造周期过长，而且成本过高，质量也得不到保证。随着冲压产品的逐步复杂化以及对其精度要求的不断提高，建立一套科学的板料成形分析系统来分析、预测冲压件的变形状态和材料流动行为并将其作为模具设计时的依据是非常必要的。

图1：汽车覆盖件零件成形仿真分析结果

长期以来，我国汽车覆盖件模具的设计和制造是在以往经验的基础上，通过模具制造后期的反复调试并最终完成的。这种凭经验和试制的方法不仅使模具制造周期过长，而且成本过高，质量也得不到保证。随着冲压产品的逐步复杂化以及对其精度要求的不断提高，建立一套科学的板料成形分析系统来分析、预测冲压件的变形状态和材料流动行为并将其作为模具设计时的依据是非常必要的。

由于汽车覆盖件尺寸较大，形状复杂，且多为空间自由曲面，所以其成形过程涉及大量几何非线性、材料非线性以及复杂的接触和摩擦等问题。随着非线性理论、有限元分析方法和计算机软硬件技术的迅速发展，车身覆盖件冲压仿真技术逐渐从实验室走向工业实际应用，成为国内外汽车及其模具厂家缩短车身开发和模具制造周期的有效工具。

覆盖件成形仿真分析可以在多方面为企业的冲压生产提供有力的支持：在设计工作的早期阶段评价覆盖件及其模具设计、工艺设计的可行性；在试冲试模阶段，进行故障分析，解决实际问题；在批量生产阶段进行缺陷分析，以改善覆盖件生产质量，同时还可以被用来调整材料等级，降低生产成本。

以有限应变弹塑性有限元方法为基础的CAE技术通过对汽车覆盖件成形过程进行计算机模拟来预测某一工艺方案成形的可能性以及可能出现的问题，对提高覆盖件模具的加工精度，缩短模具制造周期起着非常重要的作用。

我公司汽模工程部对板料成形有限元模拟分析技术进行了深入研究，并将其用于指导模具设计和生产实践：

1、 板料成形过程模拟的基本流程。

2、成形模拟的基本过程。板料的成形模拟一般需要经过多次反复计算才能得到比较满意的结果。 3、通过对多个零件的成形过程模拟，并与生产实际进行对比，总结CAE软件应用的经验，积累相关的数据，形成总结报告，进行评审。

图2：板料成形过程模拟的基本流程

通过上述项目的实施，我公司掌握了板料成形计算机模拟技术，具体表现为：

1、技术人员能熟练使用相关的CAE软件，合理确定冲压工艺参数，并对模拟计算结果做出正确的解释，提高了对钣金成形机理的认识，优化了冲压工艺设计。

2、在科研和生产中，通过不断扩大CAE的应用领域，提高了板料成形分析的准确率，目前准确率已达到70％左右。

3、应用模拟计算的结果指导模具的设计和调试工作，提高了模具设计质量、缩短了模具制造周期，降低了成本。

4、在对上汽某整车项目部分零件分析后，提出了产品设计问题，使设计部门及时对产品进行了改进。