通過(guò)CAE軟件分析模擬出產(chǎn)品反彈變形程度，并利用UG軟件進(jìn)行產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了模具的開發(fā)效率，減少了后期模具制作過(guò)程中的頻繁返修，縮短了模具的生產(chǎn)周期。
1 序言
客戶提供的產(chǎn)品材料不同，模具分型面也要根據(jù)材料的反彈程度作出相應(yīng)調(diào)整。按照通常的模具開發(fā)流程，對(duì)最初設(shè)計(jì)的上、下模分型面進(jìn)行多次、反復(fù)的試沖驗(yàn)證，實(shí)測(cè)產(chǎn)品成形后的尺寸，最終得到模具所需的分型面數(shù)據(jù)。這種開發(fā)流程效率太低，且經(jīng)過(guò)多次CNC重復(fù)加工后，模具產(chǎn)品的表面質(zhì)量也會(huì)受到較大影響。
2 產(chǎn)品的使用要求及分析
某模具工廠接到一對(duì)汽車剎車盤上的產(chǎn)品模具訂單，產(chǎn)品名稱為制動(dòng)盤防塵罩（見圖1），產(chǎn)品材料選用GW01鋁合金，量產(chǎn)數(shù)約為100萬(wàn)件，最大外形尺寸約為φ350mm，料厚1mm。
圖1 制動(dòng)盤防塵罩
汽車制動(dòng)盤防塵罩是汽車制動(dòng)盤的重要保護(hù)部件，如果防塵罩的強(qiáng)度和剛度不足，就會(huì)在遭受石子等異物撞擊后發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致防塵罩與制動(dòng)盤發(fā)生不正常的接觸摩擦，造成制動(dòng)異常，影響車輛的制動(dòng)性能，對(duì)整車的行車安全造成潛在威脅。
根據(jù)產(chǎn)品的使用條件，要求成形零件外觀無(wú)開裂、起皺及壓傷，并且邊緣無(wú)毛刺等缺陷，翻邊平面度及匹配公差符合技術(shù)要求。該產(chǎn)品非外飾件，后期需要點(diǎn)焊到剎車盤的零部件上，因此要求貼合的平面度較高，尺寸匹配要求也較高。產(chǎn)品的外觀尺寸如圖2所示，外觀形狀的高低差為20mm，涉及多個(gè)斜面和圓弧面，采用的材料GW01鋁合金是在6061鋁合金基礎(chǔ)上研發(fā)的一種新型高強(qiáng)度鋁合金。
圖2 產(chǎn)品的基本外觀尺寸
3 CAE模擬分析軟件中的分析結(jié)果
按照客戶所提供的產(chǎn)品3D圖，根據(jù)初始貼合狀態(tài)，對(duì)模具上、下模進(jìn)行分模設(shè)計(jì)，將分模后所得到的模面（見圖3）導(dǎo)入AutoForm R6軟件中進(jìn)行整個(gè)拉深成形過(guò)程的有限元數(shù)值模擬，通過(guò)觀察每道工序?qū)Τ尚芜^(guò)程中圓角半徑和形狀毛坯的改變，對(duì)比不同工藝參數(shù)對(duì)拉深質(zhì)量的影響，從而預(yù)測(cè)潛在的成形缺陷，如拉裂、起皺等情況。
圖3 制動(dòng)盤防塵罩的初始分模面
模具設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，一般采取的工藝順序是將整個(gè)產(chǎn)品的變形量控制在模具的第一道拉延工序中，隨后仔細(xì)觀察整個(gè)部件是否存在其他扭曲變形或反彈，再在第二道修邊工序中進(jìn)行剩下的局部修整。該工藝比較易于處理，反之，等材料在沖壓過(guò)程中發(fā)生了塑性變形后再處理，遺留下來(lái)的工作量就會(huì)非常大。該制動(dòng)盤的拉延工序如圖4所示。
a）分離、沖孔
b）拆邊
c）切邊
圖4 制動(dòng)盤的拉延工序
將該產(chǎn)品在原設(shè)計(jì)合模狀態(tài)下的模面導(dǎo)入AutoForm軟件分析反彈數(shù)據(jù)，得到的反彈運(yùn)算結(jié)果如圖5所示，在拉延后的垂直方向，反彈的最大值為+5.341mm，最小值為-6.521mm，整個(gè)產(chǎn)品的反彈差值相對(duì)較大。參考AutoForm軟件的分析結(jié)果，進(jìn)行局部修正，在模面的合理位置添加拉延筋或平衡塊，以控制材料的流速，從而控制反彈結(jié)果。通過(guò)CAE軟件的反彈運(yùn)算可知，在模具設(shè)計(jì)階段就要考慮反彈數(shù)據(jù)差值，根據(jù)產(chǎn)品材料特性的不同，對(duì)凸、凹模仁的參數(shù)進(jìn)行分模面的補(bǔ)償修正。
圖5 AutoForm軟件的反彈運(yùn)算結(jié)果
4 結(jié)合CAE數(shù)據(jù)在UG軟件中進(jìn)行模面位置調(diào)整
按照CAE分析的反彈數(shù)據(jù)進(jìn)行模具生產(chǎn)后，模具進(jìn)入產(chǎn)品試沖階段。通過(guò)試沖結(jié)果來(lái)觀察產(chǎn)品的實(shí)際變形情況，利用客戶提供的產(chǎn)品檢具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。圖6所示產(chǎn)品在檢具（見圖7）中反饋得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)顯示，局部位置仍有1.2mm的彈性變形。結(jié)合該變形的數(shù)值、方向及位置，在UG軟件中進(jìn)行相應(yīng)的曲面補(bǔ)償調(diào)整。一般情況下，在利用UG軟件調(diào)整完變形位置后，還要進(jìn)行CNC補(bǔ)償加工與鉗工修復(fù)。
圖6 產(chǎn)品實(shí)物
圖7 廠家提供的產(chǎn)品檢具
該模具的總體變形情況基本已經(jīng)得到控制，利用UG軟件進(jìn)行調(diào)整時(shí)，通過(guò)提取需要的變形面曲線，如圖8所示，連接所有曲線生成一個(gè)新的曲線框（見圖9）。再利用Omni自由變換器，將需要調(diào)整的曲面復(fù)制到新的曲線框位置，建立新的曲面，以偏移型面位置來(lái)補(bǔ)償變形的差值距離，將該曲面向需要調(diào)整的方向偏移-1.2mm，調(diào)整后的曲面如圖10所示。
圖8 在UG中提取需要變形面曲線
圖9 生成一個(gè)新的曲線框
圖10 局部調(diào)整-1.2mm后的曲面
經(jīng)過(guò)局部位置的調(diào)整后，依據(jù)CAE軟件的最新數(shù)據(jù)對(duì)模具的分模面進(jìn)行重新加工，模具缺料時(shí)用補(bǔ)焊的方法進(jìn)行補(bǔ)償，高出部分則用CNC加工直接去除，對(duì)模具分模面進(jìn)行“多切少補(bǔ)”后，產(chǎn)品試模后的變形情況得到明顯改善。
5 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)材料的反彈程度與產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)不同，充分利用AutoForm軟件進(jìn)行CAE分析，結(jié)合UG軟件的曲面補(bǔ)償方法對(duì)產(chǎn)品局部反彈進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，大幅提升了生產(chǎn)效率，減少了模具反復(fù)修模、試模的次數(shù)，從而直接有效地縮短了模具的生產(chǎn)周期。
（轉(zhuǎn)載）
