汽车驱动桥壳冲压成形及回弹分析1前言2建立有限元模型及参数设定.PDF

汽车驱动桥壳冲压成形及回弹分析 丁玉辉，万雄飞，揭刚，余显忠 江西江铃底盘股份有限公司 344000 摘要：本文采用非线性有限元分析软件ABAQUS ，在基于显示求解算法和Hill 材料准则的 基础上，数值仿真模拟冲焊式驱动桥壳的冲压成形过程，研究板料变形过程中金属的流动规 律和构建内部应力应变分布等力学特征，确认在冲压过程模型设计的合理性，以冲压成型分 析应力结果为基础，采用隐式求解算法求解了桥壳应力释放后的回弹量，初步确定了桥壳模 型的回弹补偿余量，从而达到指导工艺和模具设计，降低设计费用和时间，提高设计的精度 和可靠性，最终形成一套可靠的数值仿真分析方案。 关键词：驱动桥壳；冲压成形；回弹预测；ABAQUS 1. 前言 日益激烈的市场竞争使得汽车冲压零件成形工艺日趋复杂、材料日益多样， 因此对成形过程提出了越来越高的要求，从而使得数值模拟技术在冲压成形领域 得到了突飞猛进的发展。随着CAD/CAM/CAE 技术的发展，使汽车冲压件模具 及工艺设计完全突破了传统的设计方法。采用计算机仿真模拟技术进行板材冲压 成形工艺过程的模拟分析，可以预知金属的流动、应力应变、温度分布、模具受 力、功能的缺陷及失效形式。这为优化工艺参数和模具结构提供了极为有力的工 具，保证工件质量、减少材料消耗、缩短产品开发周期、降低制造成本具有重要 意义。 冲焊式驱动桥是汽车驱动桥中最重要的类型之一，驱动桥壳的冲压成形的力 学性能在产品工艺设计中占有非常重要的地位，为了更好的设计驱动桥壳的冲压 模具及预知其力学性能状态，对驱动桥壳进行冲压成形过程分析及回弹余量的预 测，对合理设计桥壳模具及满足产品设计，缩短工艺工程，降低成本，提高产品 质量都有非常重大的工程意义。 2. 建立有限元模型及参数设定 此阶段属于冲压成形仿真分析模拟的前处理阶段，是数值分析中最重要也是 最复杂的部分，如果前处理阶段设置不好会直接影响计算结果的精确程度，甚至 会得到错误的结果。所以在这个过程中每一部分都要严格按照要求来对对象做合 理设置，以达到预期的效果。 2.1 CAD 模型的建立和读入 利用有限元技术分析驱动桥壳冲压件成形过程，首先要建立桥壳产品以及模 具的三维CAD 几何模型，模具及坯料的三维几何模型是为桥壳冲压成形过程的 三维仿真分析做准备，将使用UG 建立的桥壳模具的igs 文件，以及利用坯料工 程(BSE)模块得到的坯料的igs 文件导入有限元前处理网格划分软件ANSA 中。 2.2 坯料、模具的网格划分 无论是系统自动进行网格划分还是人为交互式的网格划分，在用三角形或四 边形单元对模具、坯料进行离散化，建立有限元模型时，考虑的根本因素是仿真 的准确度和计算效率。为了保证有限元计算的准确度和效率，需要注意以下几条 [1-2] 原则 : （1）模具单元数和坯料单元数的分配在冲压成形仿真中，通常把模具处理 为刚体，坯料处理为各向异性的弹塑性材料，因而模具是不变形的，无应力应变， 而坯料将发生较大的变形，处于复杂的应力应变状态。因此，对坯料的单元要划 分的细一些。从整个模型的单元数目分配上看，一般把坯料单元数控制在模具单 元数的两倍左右，即坯料单元占总单元数的2/3 ，模具单元占1/3。 （2 ）单元尺度的控制对模具划分单元时，如果型面变化剧烈，或者处于圆 角过渡或拐角处，则单元必须密一些，这样才能保证计算精度，相应的单元尺度 宜较小。如果型面比较平坦，曲率变化较平缓，则单元数目可以少一些，这样可 以提高计算效率，相应的单元尺度宜较大。在凸凹模的圆角过渡部分，单元尺寸 比其他平坦部分小，单元也更密。 对坯料划分单元时，对变形剧烈和容易产生破裂的区域单元应取得较小划分 较密，能细致准确地反映该区域的变形情况;对于变形较弱的区域尺度可取的大 一些，单元划分的稀疏一些。 图1 凹模有限元网格模型 图2 凸模有限元网格模型 图3 坯料有限元网格模型 图4 冲压位置时有限元网格装配模型 （3 ）单元法向的控制 无论选用何种单元，必须要保证同一个部件(如凹 模)上的所有单元法向的一致性。