摘要：介绍了基于有限元模拟的汽车罩盖模具设计。商业压机软件AutoForm用于实现模压机表面的模拟，工艺互补表面和抗拉筋设计以及覆盖成型过程，从而改变了传统的有限元。仿真后，依靠CAD软件进行频繁的模具改进方法，模具的参数化设计可以在有限元工具软件的内部结构中实现，不仅缩短了工具独特设计的时间，而且提高了工具详细设计的可靠性和稳定性。
关键词：覆盖件；模具设计；有限元
引言
实际上，其他汽车上盖部件是指异型车身部件的表面以及构成驾驶室或驾驶室后部，底盘悬架和发射器的内部和外部部件。一些冲压部件具有较大的外形，非常复杂的圆形，较高的外表面整体质量，较大的弯曲表面以及较薄的主体材料。由于汽车车身的很大一部分是由汽车覆盖件组成的，因此汽车覆盖件模具的设计与制造是非常重要的。几乎60%以上的整车研发工作，因此良好的模具设计方法有利于减少整车的研发工作量，缩短整车的研发周期，使汽车厂商能够有效地面对全球竞争。
1有限元
有限元法将计算方法、静力学理论体系和计算机技术等三个学科的理论知识不断有效地结合在一起，但它不是对这三个基本学科的简单补充，也不是一个有自己理论基础的新学科领域，概念基础和核心问题解决方法。有限元也非常适合于解决工程问题，因为它们比其他常用方法更高效、快速和灵活，所以实现了快速的发展数学方程在许多领域中的应用；同时，它的计算机程序基本上可以解决数学方程中的所有问题。目前，有限元已成为求解数学方程的一种非常普遍的数值计算方法。
在解决实际工程技术问题的过程中，建立基本方程和确定边界条件不是很困难，但是，除了其他材料的功能特性外，最大的内部和外部载荷以及不规则的简单几何整体形状，解决过程更加困难，因此解决的难度更大。而数学物理相关性模型为大多数一元二次方程（子域）提供了近似解。有限元法作为一个成熟的、稳定的大规模软件系统作为平台，使其具有高效、快速、灵活等优点，因此得到了很快的发展。
2优势
有限元是具有一定理论和方法的新课题。它完全融合了计算机技术理论，力学理论和计算方法。有限元具有高效，灵活和快速的优点。它对工程技术问题具有良好的适用性。其最初目的是分析飞机结构中的应力问题，但其能力得到了各行各业的认可。包括了许多领域的数学方程，声场和电磁场。此外，计算机几乎可以解决数学方程式中的所有问题。有限元方法已经成为求解数学方程的通用数值方法。
在汽车覆盖件模具的设计和制造过程中，求解过程相当麻烦。通常的做法是，为了找到近似解，有限元分析方法首先将要求解的区域划分为仅在节点部分连接的子域，然后将这些子域划分为大小和形状不同的区域，然后数学模型可以计算出每个子域的近似解。有限元分析方法在当前计算机技术的大力支持下，具有稳定，成熟的计算系统，高效，灵活，因此在汽车面板模具的设计与制造中得到了广泛的应用。
3汽车覆盖件模具设计
3.1流程
汽车覆盖件模具设计过程如图1所示：
模具设计的第一步是产品建模，由CAD软件完成，生成stlvda、iges等格式的文件，然后将这些文件作为CAE软件系统的输入，在文件传入的同时实现有限元网格划分等操作。下一步是在CAE的各种软件系统中选择冲压过程的方向。一般来说，确定加工方向的方式有两种，一种是根据设备和现象以及普通用户的实际经验选择一个方向的冲压件，另一种是根据加工方向来选择两个方向的冲压件。系统将自动设计压制表面和辅助加工表面，并由辅助加工表面和一部分工件形状及压制表面组成。凹模由辅助加工表面和工件形状的另一部分组成，它自动将毛坯夹持器表面设置为毛坯夹持器环，并为用户提供一个界面来修改自动生成的参数。
在CAE系统中，可以执行有限元仿真，以有效避免在多步仿真过程中传递模型机械信息和几何信息的问题。可以在每个步骤中执行手术切口的位置，时间和形状。设计，最后，在确定毛坯的材料，尺寸和形状之后，可以执行有限元模拟。如果仿真结果表明可以扩展工艺参数和模具设计参数以满足要求的覆盖范围，则可以将信息传输到用于模具制造的CAM软件。如果结果表明形状有缺陷，通常有两个原因。工艺参数的设计是不合理的。其次，模具设计不合理。前者可以修改工艺参数，而后者需要调整压榨表面和工艺附录的参数。
3.2冲压表面及工艺补充表面的设计
冲压表面和工艺补强面设计是汽车覆盖件模具设计的两个重要组成部分。
（1）冲压面的设计
光滑和光滑是压紧表面设计中应遵循的原则。拉深是指压紧表面与工件之间的距离。有最低，中等和统一三个选项。曲线轮廓的方向是指挤压表面。工件的外部轮廓和外部轮廓之间的角度也有三个选项：平行或垂直，自动确定和用户定义。按压表面的最大斜率是斜角的最大差。柔韧性是指工件与压紧表面的配合程度。拟合度由轮廓样条曲线的数量表示。此外，应在压制面上定义几个控制点。这些控制点的定义和编辑有利于局部改进。高级选项主要包括翻边宽度，曲率时间和其他参数。在设计压制表面时，必须保持压制表面的补充部分和压制表面的原始部分的光滑度，确保在拉制过程中材料可以平滑地流入模具，并尝试避免在压制过程中坯料起皱。
（2）工艺补充面设计
在绘制过程中，为了确保绘制成功，有必要在零件上不小心添加一些材料并在随后的绘制过程中将其切除。这部分材料起着过程补充的作用，它在零件的形成中起决定性的作用，并且是零件形成中必不可少的过程手段。良好的工艺补充表面不仅可以使材料在拉拔过程中完全变形，还可以确保部件不会被拉扯和破裂，从而导致报废。在过程补充表面的设计中，要考虑两个因素，一个是当前过程与后续过程之间的联系，实施的可行性和便利性，另一个是材料的局部流动以及对图纸的影响，以及一拳。模具的圆角半径，凸模/肋的宽度，肋的角度以及反肋的宽度/高度/半径是工艺补充表面设计中的重要参数。
3.3覆盖件成形的有限元分析
有限元分析面板成形的常用算法有三种，即动态显式算法，静态显式算法和静态隐式算法。后两种算法被广泛使用，并且动态显示算法需要非常小的时间步来解决该问题。因此，将其应用于面板成形分析时，在卸载工件后会有大量的回弹计算，这显然是不可行的。车罩的形成速度比较小，属于静态问题，因此更适合应用静态隐式算法。使用这种算法时，传统工件的模拟通常需要几分钟，而复杂工件的模拟不会超过两个小时，因此计算时间相对较短。
翻边通常是形成盖子的最后一道工序。通用CAD软件难以确定汽车覆盖件复杂零件的修边线。在CAE软件系统中，程序通过优化设计与有限元分析相结合的方法实现了确定。修边位置的功能可以准确地确定翻边前毛坯的形状。
结束语
计算机技术软硬件的整体性能和应用软件设计的不断提高以及与之匹配的技术能力，相关信息，各种技术的快速发展，特别是弹塑性技术的发展受到高级仿真技术，CAE技术（如计算机开放技术）的限制小组工程项目已广泛应用于所有汽车行业，计算机仿真技术在其他产品细节的不断改进中起着关键作用。采用CAD设计和CAE技术，仿真后不仅可以实现汽车覆盖件小模具形状和尺寸微调的其他参数化，而且可以节省时间，提高工作效率和质量，确保仿真设计的顺利进行，最终提高细节设计的可靠性和稳定性。
参考文献：
[1]王洪俊，陈延波0气车覆盖件模具CAD技术的现状与发展汽车工艺与材料，1999，（1）．
[2]陈世平．基于CAE技术的汽车覆盖件模具设计卟科技与生活，2010，（17）．
[3]杜建根，刘吉彪．有限元分析在汽车覆盖件成形中的应用卟装备制造技术，2008。（9）．
论文作者:李龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/20
标签：表面论文; 有限元论文; 汽车论文; 工件论文; 模具设计论文; 工艺论文; 形状论文; 《基层建设》2019年第24期论文;