冲压CAE模拟分析与实际调模相结合的研究

随着科技水平的不断发展,计算机的应用已经渗透到了社会生产的各个领域，对于汽车覆盖件冲压模具行业来说，现在更是离不开计算机的应用。板料成形 CAE 模拟分析就是其中重要的一个领域，在冲压工艺工程师完成冲压工艺设计后，都会借助计算机进行成形可行性模拟分析，通过模拟分析暴露出工艺设计的不足之处，然后进行进一步的工艺改进，直到在 CAE模拟状态下得到一个满意的结果。利用CAE模拟分析可以在虚拟的状态下消除很多冲压问题，可有效提高模具在实际生产调试过程中的效率，缩短调模时间，并大大的降低模具制造成本。但是在实际生产过程中，还是经常听到模具调试人员反映 CAE 模拟结果给出的参考数值（如压边力、拉伸筋形状等）不能满足实际调试的要求。根据不断收集现场调试人员反馈的信息，进行了详细的分析，并从中总结出了一些经验。在冲压生产过程中，由于铝合金汽车板比钢材料的汽车板成形性能更差，在 CAE 模拟与实际冲压情况相对照的时候反映出的问题更加明显。下面就专门针对铝合金汽车板材料的冲压模拟进行详细的分析，来剖析一下铝合金汽车板在计算机模拟和实际生产中造成差异的原因，并根据实际情况找出相应对策。

汽车覆盖件常用的铝合金材料主要是5000系和6000系铝合金，通常5000系铝合金主要是用作内板，6000系铝合金主要是用作外板，有些主机厂也把部分 6000系铝合金用作内板。铝合金材料不仅在成型性上要比钢材料差，回弹量更是钢板材料的3倍，因此通常铝合金板料的冲压模具在模具制造的初始阶段就需要做出一定的回弹补偿量，回弹补偿量的数值就需要靠CAE模拟分析给出。因此CAE模拟结果与现场冲压结果的匹配度相当重要，相一致的匹配结果对减少调模次数、降低成本具有至关重要的意义。

现场调试人员在使用CAE模拟结果给出的模拟数值进行冲压时，通常不会顺利的冲压出与CAE模拟相匹配的冲压件，此时调模人员总会抱怨模拟结果不准确，不能很好的支持现场调试，然后就抛弃CAE模拟结果，根据自己的经验对模具进行大量的调整，从而使调整后的模具冲压出的零件状态更大的偏离了 CAE模拟结果，降低了前期做出的回弹补偿数值的有效性，不能有效的提高调模效率。降低模具的调整次数，减少模具调试工人的工作量是进行前期CAE模拟分析的主要目的，如果模拟结果不能很好的指导现场模具调试也就失去了它的意义。因此就需要尽可能的使实际冲压结果与CAE分析结果相匹配。为了达到上述目的，根据实际情况逐条分析造成CAE分析与实际冲压不相符的原因，依据这些原因找出相应的对策，并总结经验，让CAE模拟分析真正能够为实际生产提供更好的支持。以下从多个角度对CAE模拟结果与实际冲压不相符的情况进行了分析。

2 材料本身的原因造成的CAE模拟与实际冲压结果不符

2.1 材料表面状态的不同

对于铝合金材料，通常具有两种表面状态，一种是光亮面（即：MF 表面），一种是毛化面（即：EDT 表面），这两种表面状态都各自有自己的特点。主机厂会根据自己的需求来要求材料生产厂生产相应表面状态的铝合金材料。铝合金材料的表面状态不同就会导致材料的表面粗糙度有所差异。即使是相同的材料表面状态，不同的厂家对表面的粗糙度的要求标准也不一定相同，在其它冲压条件相同的情况下不同的材料表面粗糙度会对材料本身所受的流料阻力产生一定的影响，因此在冲压过程中会对材料流入量和成型效果造成一定的影响。如图1所示为铝合金材料两种表面状态的显微结构，从图1中可以明显的看到 MF面相对光滑一些，而EDT面上密密麻麻的布满了无数不规则的小坑。

2.2 材料表面的涂油量不同造成的影响

铝合金汽车板材料质地比较软、表面容易划伤，为了避免材料在运输过程中产生相对摩擦造成摩擦腐蚀以及在冲压生产过程中起到润滑的作用，通常需要对铝合金板料的表面涂一层油膜。但由于油膜又会对后序的焊接、喷漆等造成不利影响，因此在冲压完成后还要把油膜清洗掉。不同的主机厂根据自己的设备能力及生产情况会对涂油的品种及涂油量设置严格的规定。由于涂油量的多少直接影响着摩擦力的大小，不同的涂油量对冲压结果具有明显的影响。所以各个主机厂对涂油量要求的不同，也会

对冲压结果造成一定的影响。不同主机厂对涂油量的要求如表1所示。

2.3 材料本身的力学性能对成形结果的影响

大家都知道，材料本身的力学性能直接决定着冲压出的产品的质量。对于相同牌号的铝合金材料，由于各个厂家的生产工艺及设备存在一定的差异，生产出的材料力学性能也会存在一定差异。此外，各个主机厂对同一牌号的铝合金材料的力学性能要求标准也存在差异，因此即使是同一厂家生产的相同牌号的材料，为了满足不同主机厂的要求，为不同主机厂生产的材料的力学性能可能也存在一定的差异。在进行模拟分析的时候并不一定能够准确获取这些实际的材料力学性能数据，有的会使用Autoform 软件里自带的材料卡或使用通过其它途径获得取的一些材料卡进行模拟分析计算，这些材料卡里的力学性能不会与实际冲压板料的力学性能完全相一致，因此也造成了 CAE 模拟结果与实际冲压结果的不符。不同厂家生产的铝合金材料5182-O 的主要力学性能对比如表2所示，材料之间的力学性能差异还是相当大的。

2.4 6000系材料的存放时间对成形性也有一定的影响

3 模具制造方面因素造成的CAE模拟与实际冲压结果不符

3.1 压料面的表面研合质量对冲压结果造成的影响

压料面的表面粗糙度对进料阻力和成形具有直接的影响。每位工人对压料面的研合手法和操作技能的不同，使研合出来的压料面的表面质量和粗糙度也会有所不同。并且，冲制铝合金板料模具的表面研合方法与冲制钢板料模具的研合方法也存在一定的差别，如果没有掌握正确的表面研合方法，也会对成形和冲压件的质量造成一定影响。另外，有些主机厂规定冲制铝合金的拉伸模的凹模与压边圈压料闭合后压料面与板料之间要留有 0.05mm 到 0.1mm 的间隙，铝合金板料的流料阻力只是通过拉伸筋得到而不是通过压料面的压料力得到，而进行 CAE模拟计算时尤其是使用虚拟筋计算时压料面必须是贴合的，所以这也会造成实际情况与 CAE 模拟的差别。

3.2 压料面的处理方式对冲压结果造成的影响

不同的主机厂根据冲压材料的不同也会制定相应的模具制造材料和模面的处理方式。对于模具材料使用上，有些主机厂可能要求使用钼铬铸铁或球墨铸铁，有些厂家可能会要求使用铸钢甚至是锻造钢。模具表面处理上有的厂家可能只会要求淬火硬度，有些厂家可能会要求表面做特殊处理，如：镀铬、渗碳、渗氮处理等。不管是模具材质的不同还是模具表面处理方式的不同，这些都会对压料面的粗糙度和表面质量产生一定的影响，冲压工艺工程师在进行CAE模拟分析计算时，无法考虑这些因素的影响，无法确定实际的摩擦系数，因此也会造成理论数值与实际结果的偏差。

4 CAE软件参数设置造成的CAE模拟与实际冲压结果不符

以做CAE模拟分析时常用的Autoform软件为例，在进行CAE模拟分析时好多参数都可以重新修改设置，不同的公司或不同的个人对模拟软件参数设置会有所不同。

（1） 网格精度的设值不同，如：Error tolerance、Max side length^、Radius penetration^、Max element angle^、initial element sized^等参数。

（2） 模拟软件中的摩擦系数的设置。对于钢板料大家习惯设置摩擦系数为0.15，但对于铝合金板料有些厂家要求设置摩擦系数为0.12，有些厂家仍习惯设置为0.15，不同的摩擦系数这对模拟结果也会造成一定的影响。

（3） 运算过程的单元模式和层数等级的选择对模拟结果也会有至关重要的影响。

5 解决方法

通过以上各种原因的分析可以看出，不论是材料本身、模具制造还是软件设置方面都可能存在差异，有些因素是不能够控制或无法兼顾，但这些因素又是实际存在的。因此需要想出一些办法来消除这些因素造成的影响，使CAE模拟结果与实际冲压结果相匹配。经过长期的摸索和经验积累，发现对实际冲压件的板料流入量与CAE模拟分析的板料流入量进行匹配效果非常好。板料流入量的匹配方法就是用CAE 模拟得到的板料流入量与实际冲压得到的流入量进行对比，对流入量有差异的地方通过各种手段对模具进行调整，使得最终冲压得到的板料流入量与CAE模拟得到的板料流入量相吻合。在流入量相匹配的情况下冲压件的状态基本上与CAE模拟结果相一致，然后在这基础上再对冲压件有缺陷的地方对模具进行进一步的调试和回弹补偿，就能够有效的减少调模次数、提高调试效率、降低生产成本。

6 结论

综上所述可以看出，在很多情况下，进行CAE模拟分析时无法考虑一些特定因素对模拟结果造成的影响，但是可以通过其它手段或办法使实际冲压结果与CAE模拟结果相匹配，这样就能够更好的发挥CAE 模拟分析的作用，能够有效的提高生产效率，降低生产成本。