关于汽车千斤顶冲压过程分析和设计文献翻译

以较少的生产步骤分析和设计汽车千斤顶的冲压过程

关键词：Body jack case 汽车千斤顶 Nonlinear finite element analysis 非线性有限元分析Formability 成形性 Sheet metal stamping钣金冲压

文献摘要

成形性分析是物理试用前成功设计钣金成形工艺的重要步骤。本篇文章介绍了在工业实践中的一个新的汽车千斤顶形成过程一个设计方法。这种设计方法需要符合功能和减少生产步骤，相比以往需要的设计当中。特别是焊接工序。这一部分可以通过冲压扁钢生产，而且不再需要重复焊接。冲压工艺师通过使用非线性有限元法（FEM）一致分析地。成形性是通过使用一个成形极限图（FLD）为主要关键性能指标（KPI）来验证的。除了成形性，其他制造业方面（即、修剪线和成本）也要考虑在内。为了确定最佳的工艺条件下，主要参数（即、第一部分的结构、毛坯结构以及结构材料）进行了探索。在可接受的冲压件下，根据FLD，从逆分析出毛坯结构的结果。然而，这需要额外的修整成本并且使得冲压件的周长太靠近修剪线。一个简单的毛坯结构已经表明在本研究中。它能够满足设计要求，还可以看出，材料的选择部分成形性起着重要的作用。在这项研究中，JIS SPCE被选择过，JIS SPCC 和JIS SPCEN由于其加工性和成本的优点也分别被选择。

1．介绍

很长一段时间，汽车行业一直是世界经济的主要部门。2006年

在泰国，该部门也被视为国家经济发展计划的五大主要工业部门。在技术方面，在这个行业中有竞争力的重要手段就是尽量减少复杂的制造工艺，并通过高效和有效的设计成本。典型的汽车零部件制造业发展的总体目标是生产零件形状的一致性和不开裂或者撕裂或者起皱。

通过物理实验，一个试错方法可以实现搜索最佳工艺。然而，每个实验的设置在汽车零部件行业中通常是非常昂贵的而且是费时的。在这个工业应用中和显示其他应用程序中，基于仿真设计已经非常具有吸引力。在最近一些人宋的作品，2007年进行了汽车零件冲压工艺过程中的基于仿真的设计参数研究。在基准问题相比于模拟预测和实验结果，金属板材成型模型的有效性模拟已经在许多国际会议（如NUMISHEET2005分析论文中）提出并强调。

本篇文章提出了一种汽车千斤顶的制造设计过程。汽车千斤顶的一个组成部分如图1所示。该部分通常由钢板冲压工艺所造，而且其顶壳和底座的焊接情况如图2所示。

本研究的主要设计目标就是有一个新的设计，不再需要通过焊接完成，以减少生产过程中的额外费用。在新的设计理念中，顶壳和底座被合并在一个又吸引力的形状在而且功能保持不变。这种制造的尝试一直是许多作品的追求。例如，Cao等，（2001）制作的带有更少步骤形成一个轴对称拉深部分。本文首先介绍了一个新的部分结构。然后，工具和材料在本研究中也进行介绍。非线性有限元分析（FEA）和成形极限图（FLD）被引入作为主要的分析工具。该分析结果给出了JIS SPCE材料，以保持本文简洁。然后，该材料的选择（其中JIS

SPCC,JIS SPCE和JIS SPCEN）被提供。最后本文的结论被绘制出。

图1-千斤顶的一个例子

图2-汽车千斤顶顶壳基本情况

2.新的零件结构

测试一个制造设计以较少的制造步骤，设计思想是给定的，如图3所示。对于这个设计，有需要回答下列重要的问题。是否可以在没有任何瑕疵下制造的设计在一步冲压中，以至于没有必要进行进一步

的焊接工艺？哪种材料（在SPCC、SPCE、和SPCEN中）应该被使用？最初的毛坯结构是什么？

为了回答这些设计问题，并且有一个成功的产品，设计人员需要对材料变形行为和制造工艺进行充分的理解。在当今竞争激烈的市场中，良好的生产不仅意味着一种可生产的设计，也包活最容易进行的操作流程，其中包括最低数量的生产步骤，都在这个案例研究中体现。

在汽车千斤顶这个设计过程中，设计者仅打算具有三个步骤：（1）图面（2）修整（3）钻（孔），从这个可以看出，拉拔处理是需要最仔细的工程设计是最重要的过程。通常，较少的制造步骤意味着更少的操作成本，而且还意味着在每一部有更复杂的操作，因为这些操作被集成在一起。因此，必须认真核实的理念来整合操作步骤。

图3-千斤顶的一种新设计

3.工具和材料

在本研究中使用的模具组已经提出，如图4所示，冲压工艺主要包括一个毛坯，一个冲头，粘合剂和一个模具。

图4设计的模具

毛坯材料在本研究中的候选是低碳钢薄钢（SPCC,SPCE,SPCEN）。最初的毛坯厚度为1.6mm。坯件的密度为7850kg/m3。杨氏模量（E）为207 GPA。泊松比（ʋ）为0.28。SPCC，SPCE，和SPCEN的初始屈服强度（Y）分别为211，176和156MPa。其真实应力（α）和材料的真实应变（ε）之间的流动曲线假定为遵循幂律如下：

其中，K为强度系数，n为硬化指数。

许多金属板材展面内各向异性行为可以通过塑性应变或R值表示。在大多数工业做法，从三个主要方向的平均R值通常采用如下：

其中R0，R45，和R90是从0◦得到的R值，45◦和90◦，分别相对于板材的轧制方向。这种近似被称为横向各向异性材料。屈服面的各向同性硬化也采用。每一种材料的机械性质总结于表1中。塑性理论的进一步的背景可能会在希尔咨询（1950）和霍斯福德和卡德尔（1993）。给定的材料模型（即正态分布，横向各向异性，各向同性硬化）是被广泛接受的金属板材成形的应用（见Buranathiti报告和Cao，2005年a，b）。此外，大多数材料供应商时下能使用这些机械性能。

4.非线性有限元分析

在汽车零件的高效设计中，有必要通过一种有效的数学模型来分析金属板料成形过程的成形性能。金属板材成形过程包含许多困难的机制。主要是，塑性变形和接触碰撞过程是通过增量显式非线性有限元程序模拟。明确的代码通常采用以上的工业钣金应用隐式码，在Buranathiti和Cao看出（2005年，B），因为它们的计算时间线性问题的大小，而不是在隐式编码的二次生长。本文采用Dynaform软件（ETA，2006）和LS-DYNA（LSTC，2006）来验证每一个设计的可成形性。

在本研究中，坯料被建模为一个变形体，而其他组件/工具被建模为刚性体。毛坯展面是由平面应力假设和五个积分点沿厚度方向采用3D壳单元。在这个问题上，撕裂和起皱是主要关注的。回弹现象是不用考虑的，因为在这个过程中主要是受拉，而不是弯曲。因此，