關于拉延筋挺舉力的歷史問題

2016-11-16 by:CAE仿真在線來源:互聯網

我們說一說DRAWBEAD UPLIFT FORCE,在壓邊面上拉延筋是起非常重要的作用的。假如不用拉延筋,對于壓邊面則會要求更高的壓邊面研配,更高的壓邊力(帶來后果時壓邊面磨損增加),調節(jié)局部壓邊力困難。而采用拉延筋后,則會減輕研配要求,可以更好的調整局部走料,提供更大的阻力,減輕壓邊力要求。
對于實際拉延過程,壓機的頂缸對壓邊力提供的壓邊力最終是分成二部分作用的,一部分是克服拉延筋彎曲走料帶來的挺舉力,一部分是用來與凹模壓緊材料。
但在AF中,在4.0的版本以前(含4.0),挺舉力是不算在壓邊力中的,原因是AF認為計算這個力比較困難。

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在4.0以前(含4.0),AF認為難于計算的理由是:

1,板料位置和壓邊面斜度不一樣,會導致挺舉力計算困難。
2,當材料流動方向改變時,拉延筋挺舉力相應改變。
3,材料流過拉延筋時的過程,挺舉力的變化是動態(tài)的。
但是這樣會帶來一個嚴重的問題,即比如模擬時AF推薦的單位壓邊力值為3MPA,CAE分析時這個值是完全用來壓緊材料的。但這個值轉換成頂桿力,給車間使用時,這個頂桿力實際上有一部分是會用來克服材料從筋上流動產生的挺舉力的,即實際對材料的壓緊力是減小了。
所以在4.1及以后的版本,AF將拉延筋挺舉力加到了頂桿力里面。相當于頂桿力里包含了克服筋的挺舉力和壓緊材料在壓邊面上的力。這樣的結果是壓邊力與實際生產過程符合。
在上海大眾及一些主機廠,在4.0及以前版本里是明確要求拉延筋挺舉力不考慮的。原因就是以前的AF版本,壓邊力里不含材料克服筋流動的產生挺舉力。也即是說對于軟件來說它計算出來的壓邊力就是用來夾緊材料在壓邊圈和凹模間的力,它不含挺舉力。
在4.1及以后的版本里,由于計算方法改變了,壓邊力里實際上是含挺舉力了,假如CAE分析者仍按以前思路,給定壓邊力值,這樣帶來的后果是,給定的壓邊力值里一部分力,AF會用來克服筋產生的挺舉力,進而導致實際對材料的壓緊力減小。并且由于挺舉力占壓邊力很大的比例,約50-75%左右,這樣會給實際的分析結果帶來很大誤差。

這是新版本關于把挺舉力縫合到壓邊力里的說明。AF會計算每個增量步的挺舉力,并且考慮了壓邊圈傾斜,接觸狀態(tài),材料流動狀態(tài)等因素。

上圖是當我們試圖關閉拉延筋挺舉力時,AF給出的提醒。假如你關閉挺舉力,AF將會在實際的頂桿力中,忽視拉延筋挺舉力帶來的影響。那么請調整實際頂桿力!!!!

Feffektiv為有效壓邊力,即在壓邊圈和凹模間實際用來夾緊材料的力。
Fib為給定頂桿力。
Fbhd為壓邊筋挺舉力。
也即是說在4.1以前的版本里,所給定的頂桿力就就是用來壓緊材料的力。
而在4.1及以后版本里,所給定的頂桿力有一部分是用來克服拉延筋的挺舉力了,實際用來壓緊材料的力就會小了。
所以CAE分析者,假如打開自動挺舉力話,那么請調整你的壓邊力,以保證證你的壓邊力能滿足你設想的壓力值。
下面給個實例說明,某一側圍的壓邊力按車間反饋情況,實際頂桿力約為200-250T。

從上圖可以看在打開挺舉力計算后,實際用來壓緊材料的壓力少了近一半。這明顯會對分析帶來巨大影響。

實際上按日本模具廠綜合統(tǒng)計的壓邊圈單位面積壓力約為1.3MPA,這個值僅是壓邊力除以壓邊面積結果,是個虛擬單位壓邊力值,并沒有把筋的挺舉力除去后再算,這一點要注意。
我們一般的沖壓教材里單位面積的壓邊力值實際上就是給定頂桿力除以壓邊面面積,它的壓邊力僅僅是考慮了單位壓邊力值,并沒考慮挺舉力因素。即對于有筋情況,由于要克服筋挺舉力,它實際用來壓緊材料的壓緊力是會減小的,這一點要特別注意。個人認為需要對沖壓手冊里公式修正,即該公式僅對于無筋時的壓邊面壓力是準確的。對于有筋里,需對比現場情況,另外總結。
AF對壓邊圈采用有壓力和力二種形式,使用壓力,則模擬過程對材料壓緊力始終保持給定壓力值,而不管挺舉力有多大。使用力話,模擬過程,則會把該值一部分用來克服挺舉力。
這里就體現了AF的壓力(PRESSURE)和力(FORCE)的區(qū)別了。對于一般零件,若采用壓力來做壓邊力,(一些實際經驗少的人喜歡用這個值,因為他不清楚具體件在車間實際所用壓力值,并且區(qū)分這個實際壓力值也需經驗,因為研合不到位會造成該值不準確),AF一般推薦的單位壓邊力值為3MPA左右,這個值目前來說應該是有問題了的,是有歷史原因了,因為4.1版本前壓邊力里不考慮挺舉力。所以假如一個4.1以前版本模擬時采用3MPA單位壓力值,模擬出來結果也許能接受了,然后將該單位壓力值轉換成壓機噸位,實際上該力到了車間后需克服筋的挺舉力,即是說制件的實際阻力值并沒達到模擬的值。但這種情況在車間不容易得到準確回饋,原因在于模具研合不到位,實際的反饋往往是相反的,鉗工認為給出的壓邊力噸位偏小了,這實際上是模具完全沒有研合就開始拉件的惡果,其后果是制件剛性不足,材料并且沒有很好的壓邊張緊拉延,導致制件受力不均,扭曲回彈增加,并且為了能出件,產品R角給過多打掉。
比如AF推薦的壓邊值3MPA(我認為有筋情況下,這個推薦值也許是偏大的,當然若制件不開裂,還是有利的,能使制件變形更充分,壓邊面起皺更少),分析結果也是可以接受的,差別在于提供時要弄清楚頂桿力里是否包含了挺舉力。但是對于側圍等難拉伸,易開裂的外板件,采用AF推薦壓力值計算話,太大的壓邊力會帶來分析開裂問題,這時就需要參照車間實際的頂桿力,然后對壓邊圈改用力(FORCE),并且把挺舉力計算打開來計算。實際上一般有經驗的CAE分析者基本會采用類似件的參考壓邊力(FORCE)來模擬的。
我們做個實際計算,比如側圍,其壓邊面面積為1.6平方米,模擬使用壓力值為力FORCE,250T,采用虛擬筋,虛擬筋的產生的理論挺舉力為128T,實際對壓邊面的壓力噸位為250-128=122T,這樣我們來計算其單位壓邊面理壓力值為122T/1.6=0.76MPA,剛好與軟件計算壓邊圈閉合的壓力值相等,見下圖示:

對于復雜難拉伸件,其材料壓緊壓力,在克服挺舉力后,其單位壓邊邊值可能也就0.3-1MPA左右,這種材料壓緊壓力才是下真正的壓邊面單位壓力值,材料壓緊力力大小對材料流動影響不大原因在于筋對材料流動的貢獻比壓邊力大很多,比如100T壓邊力,其產生的摩擦阻力為100*0.15=15T,而1米的筋產生的阻力值就能產生,150*1000=15T的約束阻力了(方筋產生的阻力)。比如側圍筋的總長度有近14米,當然這14米筋不全是方筋,而14米筋產生的約束阻力則有100多T。大體來說250T的壓邊力除去筋挺舉力160T后,實際作用在壓邊面上的力就只有90T了,而90T的作用力產生的進料阻力就是90*0.15=13.5T了,所以說筋是流料阻力的主因,而壓邊力則主要是起壓邊圈閉合不被頂開作用,用以使材料始終平面約束流料,消除起皺。
但是對于側圍,比如內外壓邊圈壓邊面積差別較大,在不考慮挺舉力情況下,發(fā)生模擬差別會較大。見下圖示:

可以看出是否考慮筋挺舉力,差別較大,會誤導分析者。

考慮到挺舉力計算準確性,若對外板這些要求更高的零件,推薦最后分析采用物理筋確認分析結果,但這種方法有其缺點,一是計算時費用大副增加,一是物理筋形狀調整存在困難。

對于挺舉力我們做個規(guī)納,我們將筋的阻力分為約束阻力和挺舉力二個因素。我們用線因素來衡量時,一般來說約束阻力與挺舉力基本接近(指單筋情況下),一般來說挺舉力稍小。但在雙筋情況下,AF并不是認為是二個筋的約束力值和挺舉力值的簡單相加。見下圖:

這里我將內外筋模型定義為都一樣。定義為雙筋時,約束力增加了116.4/77.6=1.5倍,挺舉力增加了198.5/68.5=2.9倍。而并不是簡單的雙筋2倍約束力疊加。所以使用者也需要注意單獨定義二個雙筋和直接定義一個雙筋使用是有差別的。
雙筋時挺舉力不是單獨二根筋的挺舉力相加,而是增加,可能是跟材料在外側筋流過后硬化有關。
至于雙筋時約束力不是單獨二根筋時約束力相加,而是降低,可能跟材料流經外側筋后變薄有關。考慮到挺舉力計算準確性,若對外板這些要求更高的零件,推薦最后分析采用物理筋確認分析結果,但這種方法有其缺點,一是計算時費用大副增加,一是物理筋形狀調整存在困難。
注:對于壓邊圈,其壓邊面材料初始情況如下圖:

也就是說由于筋的存在,壓邊圈在閉合過程就發(fā)生起皺,并增高。并且在隨著拉延過程又另外會有起皺發(fā)生或減弱。但無論如何,我們可以確定的是,壓邊圈的上的材料實際上是增厚了,即大于1T。
但實際上,對于AF,對于壓邊圈閉合都是理解為1T的。即認為壓邊圈是能夠閉合到1T的,并基于這一假設,做了很多簡化算法,以加快計算效率。最后閉合到1T料厚的結果是,壓邊面上的起皺被強行消除,這是與實際偏離的。
在無筋情況下,需要較大阻力也實際上是缺少筋的約束阻力,只能靠很大的壓邊力來提供阻力了。筋與壓邊面閉合二者其實可以分工,用筋來產生主要約束阻力,調節(jié)進料速度,然后且壓邊面閉合來約束材料起皺的產生。
作一個總結:
1.對于有筋壓邊面,由于筋存在,就決定了壓邊面必然起皺,增厚。即在壓邊圈閉合過程,實際料厚大于1T,之所以還能將材料張緊,靠的是模具壓邊面本身產生的微小變形(0.2mm內),但毫無疑問,大太的起皺會帶來壓邊力不均問題,這也是要消除壓邊面起皺一個原因。
2.較大壓邊力可以進一步抑制材料不均均流動,進而減小起皺波紋產生,但是筋對于材料流動的貢獻是起主要作用的,并且過大的壓邊力會帶來開裂問題。所以在分工上,筋產生產要的材料流動阻力,而壓邊面閉合約束起皺產生。
3.CAE分析軟件要符合實際情況,不考慮筋挺舉力會使分析結果與實際產生很大偏差。
4.可以使用物理筋模擬(需將筋單獨作為一個工具體,以保證筋的三點單面接觸),但會大副增加計算開銷,并且物理筋調整存在困難。

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