一种基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法与流程

本发明涉及有限元分析领域，具体涉及一种基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法。

背景技术：

板料冲压成形是现代汽车行业中一个重要的加工方法，冲压过程是一个十分复杂的力学过程，传统的冲压生产和汽车板选材是经验和探索的摸索，试模阶段需要大量的试模材料和时间，由于反复的试模、修模，导致覆盖件的开发周期延长，提高了生产成本。随着计算机的应用和发展以及有限元方法的成熟，板料成形数值模拟技术在汽车板选材应用上发挥了重要的作用。

目前，板料成形数值模拟技术中的有限元法已经逐步取代了其他数值模拟方法，成为分析板料冲压成形问题的有力工具。市面上已经有各种成熟的商用软件推出，利用这些软件能够进行冲压工序中各参数的设置，进行冲压模拟计算。但是，各种软件中需要用到的材料数据卡的准确度有待考究，而准确的材料性能数据才能得到更真实的冲压结果，为合理地进行汽车板选材提供可靠依据。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法，将材料真实的力学性能及成形极限曲线引入到基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法中，利用有限元分析方法进行仿真冲压模拟，以提高板料成形数值模拟的汽车板选材方法准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法，通过选取汽车冲压零件建立产品模面，依据实验室性能数据选取不同汽车板材料建立材料力学模型，对零件进行冲压过程的有限元分析，完成冲压的数值模拟，预测不同板材冲压是否存在成形缺陷，预测成形安全裕度，最后进行汽车冲压件的合理选材。

进一步地，本发明具体包括如下步骤：

1.根据零件产品图，建立仿真的曲面模型；

2.进行仿真的前置处理：

2.1.对曲面模型进行有限元网格划分，并进行曲面造型工艺补充面设计；

2.2.根据不同曲面模型结构，定义相应成形工具；

2.3.定义材料模型：通过测定材料的静态力学性能，及材料的成形极限曲线，获得真实的材料模型参数；

2.4.建立真实拉延筋模型或者等效拉延筋模型；

2.5.设置成形参数；

3.设置求解器参数，进行计算，完成汽车板材料成形数值模拟；

4.进行仿真冲压结果的后置处理：根据计算结果，分析冲压件的应力应变、载荷，是否存在起皱、破裂危险，进行工艺参数敏感性分析；并评估仿真冲压结果；

5.更换新材料，重复步骤1～4，对比不同材料的仿真冲压结果，选取最优的汽车板材料。

进一步地，所述步骤2.3过程中，依据gb/t228.1-2010金属材料室温拉伸试验方法对材料力学性能进行测定。

进一步地，所述步骤2.3过程中，中依据gb/t15825.8-2008标准，测定材料的成形极限曲线。

进一步地，所述步骤2.3中，材料的静态力学性能包括材料三个方向的应变硬化指数n值，塑性应变比r值，屈服强度，及抗拉强度。

进一步地，所述步骤4中评估标准为：冲压件的减薄率小于10％，增厚小于10％，回弹小于±1mm。

进一步地，所述步骤4中，评估仿真冲压结果时，若对仿真冲压结果不满意，则重新进行成形参数及求解器参数调整，直至得到良好的冲压结果。

本发明的有益效果为：

本发明将材料真实的力学性能及成形极限曲线引入到基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法中，利用有限元分析方法进行仿真冲压模拟，成形结果中不存在破裂，起皱，过度减薄等成形问题，结合技术人员对仿真结果进行的正确评估与设计，克服了传统的冲压生产和汽车板选材耗时耗力的缺点，可极大地提高板料成形数值模拟的汽车板选材方法准确性，适应汽车板材冲压实际生产需要；

本发明合理地针对汽车冲压件进行选材，既能保证冲压件的成形质量，又不产生材料性能过剩情况，做到“正确的材料用到正确的零件上”，同时缩短了汽车冲压件的开发周期，降低研发成本，提高覆盖件质量和市场竞争力。

附图说明

图1为本发明所述汽车板选材方法的流程示意图；

图2某车型后端板的产品图；

图3模面设计后的示意图；

图4成形工具和板料的初始仿真模型；

图5材料a冲压成形后的板料成形极限图对比图；

图6材料b冲压成形后的板料成形极限图对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

一种基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法，依据真实的试验数据，建立材料数据卡，利用有限元分析方法进行仿真冲压模拟，成形结果中不存在破裂，起皱，过度减薄等成形问题，保证良好的成形质量，以某车型的后端板零件为例，板料成形数值模拟的汽车板选材方法的流程示意图如图1所示，其具体方法和步骤为：

1.根据产品图，产品如图2所示，建立仿真的曲面模型；

2.前处理：

利用cad软件进行曲面造型工艺补充面设计，模面设计后如图3所示；

进行有限元网格划分，定义凹模、凸模和压边圈，成形工具和坯料初始仿真模型如图4所示；图中从上到下依次为凹模、板料、压边圈及凸模。

定义材料a模型，力学性能必须依据gb/t228.1-2010金属材料室温拉伸试验方法测定材料的三个方向的单向拉伸力学性能，依据gb/t15825.8-2008标准，测定材料的成形极限曲线；

建立真实拉延筋模型或者等效拉延筋模型，在本实例中建立等效虚拟拉延筋；

设置成形参数，定义单动拉延工序；

3.设置求解器参数，进行计算，完成板料成形数值模拟；

4.进行仿真结果的后置处理：

以图形方式直观显示计算结果，分析冲压件的应力应变、载荷，是否存在起皱、破裂危险，进行工艺参数敏感性分析；

5.技术人员根据相关专业知识和实际的生产经验对整个仿真结果进行评估，评估冲压件的减薄率小于10％，增厚小于10％，回弹小于±1mm，不满意则重新进行工艺参数调整，直至得到良好的冲压结果，材料a冲压成形后的板料成形极限图对比图如图5所示；

6.更换新材料b，重复步骤1～5，对比不同材料的仿真冲压结果，材料b冲压成形后的板料成形极限图对比图如图6所示。

对比不同材料的仿真冲压结果，结合工厂实际，选取最优的工艺方案及汽车板材料，材料a和材料b均能冲压出后端板零件，但是从图5和图6对比，发现材料a性能过剩，因此可以用材料b替换，做到“正确的材料用到正确的零件上”。

以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种基于板料成形数值模拟的汽车板选材方法，通过选取汽车冲压零件建立产品模面，依据实验室性能数据选取不同汽车板材料建立材料力学模型，对零件进行冲压过程的有限元分析，完成冲压的数值模拟，同时优化工艺方案，预测不同板材冲压是否存在成形缺陷，预测成形安全裕度，最后进行汽车冲压件合理选材，做到“正确的材料用到正确的零件上”，克服了传统的冲压生产和汽车板选材耗时耗力的缺点，可极大地提高板料成形数值模拟的汽车板选材方法准确性，适应汽车板材冲压实际生产需要。

技术研发人员：郭晶;孟庆刚;左海霞;王禹;陈虹宇;付东贺
受保护的技术使用者：本钢板材股份有限公司
技术研发日：2019.04.26
技术公布日：2019.07.26