[发明专利]一种拟合变压边力的方法以及采用该方法设计的模具

说明书

技术领域

本发明涉及拉延成形过程中变压边力的实现方法以及由此设计的模具。

背景技术

拉延是汽车覆盖件冲压成形的重要方式，起皱和拉裂是拉延过程中常见的缺陷。压边力（Blank holder Force,简称BHF）是拉延过程中重要的工艺参数，相比恒定压边力来说，变压边力(Variable Blank holder Force,简称VBHF)有着明显的优势。VBHF是指在拉延过程中，压边力大小随冲压行程而变化，现有国内外研究均表明变压边力可以有效的提高拉伸极限和成形质量。目前变压边力曲线的形式有下降型、上升型、U型、反U型以及脉动型几种，实际成形过程中变压边力曲线形式的选择与零件本身的形状、成形缺陷类型以及所在区域有着密切关系，需要通过优化计算来获得。

尽管变压边力拉延具有明显优势，但目前该项技术在实际生产中一直未普及应用，主要原因在于压边力是一种冲压工艺参数，需要通过冲压设备来保障。而汽车覆盖件这类大型冲压件拉延成形时采用的设备多为机械式压机，所提供压边力的液压垫力只能保持恒定，无法随冲压行程而变化。伺服压力机可以提供变化的压边力，但造价昂贵，应用较少，只有在研究和一些特定情况下冲压一些特种零件，无法在市场中推广使用。同时由于模具压边圈本身的刚度及结构要求，冲压过程中也只能采用整体变压边力，而无法针对具体问题存在的某个区域进行压边力变化控制。在实验室中，有些学者通过采用多点控制压边力，即采用多块压边圈，每块压边圈都有独立的液压缸驱动来控制材料的流动等等。但在工程实践中，此类通过控制工艺参数的方法都存在着、理论性过高，实用性不足，控制装置结构复杂和成本过高，而没有在工程实际中得到应用。而事实上对于大型汽车覆盖件拉延成形来说，恒压边力可以满足零件90%以上区域的成形，缺陷往往只是出现在整个零件10%以下的区域，所以采用整体变压边力无疑是增加了不必要成本，也增加了设备的复杂程度，因此只需要针对该缺陷区域所对应的压边圈区域进行变压边力控制。

发明内容

鉴于变压边力在实际生产中应用存在的困难，本发明提出适应于拉延成形的梯度拉延筋拟合变压边力实际效果的方法，该方法通过在压料面上布置多道拉延筋，同时通过合理设置拉延筋间隙及压料面间隙，从而拟合出变压边力实际效果。该方法将工艺参数转化为了模具的设计参数，因此可以在普通机械式恒压边力条件下达到变压边力实际冲压效果。对于大型覆盖件，采用此模具设计方法，不需要购买价格昂贵伺服压机，也可以保证零件的成形质量。相对于大多数情况下采用普通机械式压机所提供的整体恒压边力作用力，此方法可以大幅度提高零件的成形质量，尤其对于汽车大型覆盖件局部不易成形部位，局部容易开裂的部位减薄率可以减低30%以上，局部容易起皱的部位的增厚率可以减低45%以上。

本发明包含以下步骤：

步骤1：应用板料数值模拟专用软件Dynaform和Autoform对具体板料零件进行冲压成形仿真分析，确定拉延工艺方案；

步骤2：通过对Dynaform和Autoform冲压成形仿真分析的结果进行分析，获取拉延过程中开裂、起皱缺陷产生的区域，并获得这些缺陷产生与冲压行程之间的对应关系，同时获得影响这些缺陷产生区域成形的压边区域，从而确定需要采用变压边力的区域；

步骤3：结合冲压仿真计算、响应面近似模型技术、均匀拉丁方试验设计、遗传算法以及全局优化算法，应用板料成形优化设计方法，获取相应区域的最优变压边力曲线；

步骤4：对变压边力曲线进行梯度拉延筋拟合；

步骤5：合理布置拉延筋间隙和压料面间隙；

步骤6：进行梯度拉延筋模具设计，形成相应的模具实物，进行实际的调试生产。

其中，在步骤3中，所述曲线是下降型、上升型，先下降后上升或先上升后下降型，或者是下降上升交替进行的脉动型。

进一步的，在步骤4中，通过Dynaform和Autoform冲压仿真计算，获得变压边力区域板料收缩量、收缩行程与冲压行程之间的对应关系图以及收缩行程与板料所受拉延力的对应关系图。最后在收缩量区间内根据板料所受拉延力的变化和设置梯度拉延筋(Drawbead)的数目、类型和几何参数，如拉延筋半径、拉延筋高度等等。

进一步的，在步骤5中，通过冲压仿真计算获得板料在收缩过程中逐步增厚的量、逐步增厚的量与冲压行程之间的对应关系图以及增厚的量与板料所受拉延力变化之间的对应关系图。然后通过增厚的量合理设置拉延筋和压料面间隙。