1冲压工艺性分析计算
根据零件的结构特点，冲压工序包括拉深、冲孔、翻边、整形、落料、切边。需要通过计算来确定汽车冷却器缓冲罩的拉深次数。对锥形件进行拉深计算［5］。相对厚度:t/d2=0.021＞0.02(1)相对锥顶:d1/d2=0.665＞0.5(2)相对高度:h/d2=0.376＜0.43(3)从以上计算结果可以看出该锥形件可一次拉深成形［5］。考虑到锥形件拉深时侧壁易产生皱褶的问题，故在拉深工序之后添加整形工序［6］。
2排样图设计
采用单排排样，引导孔定位，有切口的级进模设计方案。考虑到翻边时孔会产生变形，工艺排样的原则是底部预冲孔，再拉深、翻边、整形、然后落料、切断。该零件成形共分为12个工步，条料宽度为114mm，步距为110mm。排样图见图2。
3多工位成形工艺的数值模拟
3.1多工位级进模排样条料模型建立
对于切边、冲孔、落料等相关的工序，在Dynaform里没有实际的模拟过程［7］，故模拟从第4工步拉深开始。简化后工序最终确定为拉深－整形－冲孔－翻边－整形共5个工序。初始的毛坯条料形状设置为第3工序完成之后的形状，其5工位的排样如图3所示，毛坯材料为304不锈钢。为了得到精确的模拟结果，需将前一步模拟结果作为后一步工序的毛坯导入，图4所示为完成全工序模拟之后的条料排样图。
3.2有限元模型建立及数值模拟
从第4工位拉深开始建立有限元网格模型，如图5所示。根据工艺分析计算，将其主要工艺参数设置如下［8－10］:凸凹模间隙为1.1t，根据理论计算，拉深时压边力为26～35kN之间，取压边力为31kN，凹模、压边圈速度为3000mm•s－1，凹模行程为28mm，压边圈行程为25.5mm，压边圈行程滞后时间为0.00083s。第4工位的拉深模拟结果包括拉深极限图和厚度云图，如图6所示。由成形极限云图6a可以看到，拉深件所有单元的应变均在安全域以内，其拉深区域没有出现拉裂，在其边缘位置和侧壁上部分区域出现轻微的起皱现象。从厚度云图6b可以看出，拉深件的最大减薄区域为底部过渡圆角区，其最小厚度1.291mm，最大减薄率为14%。由于边缘区域最后要作落料切边处理，不影响零件质量，故只对零件侧壁处起皱区域采样，发现其最大厚度为1.548mm，最大增厚率为3.2%。对于板料拉深成形而言，一般认为变薄率在20%以内，增厚率在7%以内都是可行的［11］，所以该零件在拉深成形之后厚度分布合理。图7为第5工位的拉深整形模拟结果，可以看到经过整形之后侧壁的起皱现象已经基本消失。零件的最大减薄率保持不变，只是底部减薄的区域有所增大。图8和图9分别为翻边及整形工序模拟结果，由于零件翻边底部倒角处最小直径为Φ1.1mm，无法一步成形，故在翻边和整形工序时分别设置此处的凸凹模间隙为1.15和1.1mm，通过挤压方式使其变薄。从模拟结果，该厚度基本达到要求，翻边处没有出现破裂和起皱现象。通过对简化后的多工位级进模进行全工序模拟，其结果如图10a所示，由图可见，零件的成形区域没有出现拉裂现象，起皱情况在整形之后基本消除，模拟结果与实际级进冲压得到的条料(图10b)成形情况比较吻合。以上结果表明，该零件成形工艺方案和工艺参数的设置在实际的生产应用中是合理可行的。
4多工位成形工艺方案试验验证
根据上述有限元数值模拟得出的零件成形工艺方案和工艺参数，生产出汽车冷却器缓冲罩多工位级进模。从图11可以看出，模具主要成形部件采用镶块方式加工，闭合高度为540.5mm，送料高度为34.2mm，在3150kN的压力机上安装试模。图12所示为试模所获得汽车冷却器缓冲罩，可以看出零件的表面光滑，无起皱、破裂的现象发生。利用超声波仪器进行产品的厚度测量，并将其与模拟的结果进行比较，其结果见图13。考虑到产品的对称性，选取了中心截面右侧零件沿Z轴方向的厚度变化值进行比较。从图中可以看出，模拟值与实测值厚度变化趋势一致，实测值小于模拟值，其最大差值为0.043mm，最大相对误差为2.87%。实际零件底部1.1mm处最小厚度为1.091mm，满足产品在此处的厚度要求。目前，该级进模已用于生产实际，每年可生产150万件。
5结论
(1)分析汽车冷却器缓冲罩的结构及其冲压工艺特性，根据级进模设计原则，确定其拉深、整形、冲孔、翻边、落料等12工序的成形方案。(2)利用Dynaform软件对其主要工序拉深－整形－冲孔－翻边－整形进行全工序数值模拟，得到了每步成形工序的板料成形极限图(FLD)，零件壁厚分布图，模拟结果与零件成形要求一致。(3)按照模拟结果得出的成形工艺方案和工艺参数，设计模具并进行了汽车冷却器缓冲罩的试冲试验，数值模拟和试冲结果相吻合，表明利用DYNAFOＲM软件能为零件多工位成形工艺方案设计和工艺参数设置提供了有效的理论依据。
作者：蔡丹云 丁明明 单位：浙江水利水电学院
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