側(cè)圍外板成形仿真及工藝優(yōu)化
常桂靜，梁桂榮，曾兵華
（重慶長(zhǎng)安汽車股份有限公司模具事業(yè)部，重慶，401120）
摘要：結(jié)合側(cè)圍外板工藝難點(diǎn)及特征，采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，制定了其沖壓工藝方案。運(yùn)用數(shù)值模擬軟件對(duì)拉延成形進(jìn)行模擬和分析，同時(shí)對(duì)后工序出現(xiàn)的翻邊開裂起皺問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，采取有效措施優(yōu)化成形工藝，成功解決了沖壓件質(zhì)量問(wèn)題，為類似零件工藝方案的制定提供參考。
關(guān)鍵詞：側(cè)圍外板數(shù)值模擬 開裂 起皺 優(yōu)化
Forming analysis and Process Optimization of Side Outer panel
CHANG Guijing, LIANG Guirong ，ZENG Binghua
Abstract:The stamping process planning of side outer panel has formulated by using the method of numerical simulation and combining design experience. The numerical simulation of drawing process for side outer panel is studied by using the sheet metal forming analysis software Dynaform. The causes of crack and wrinkle in flanging process are analyzed.The problem have been solved through the effective technical measures, and the quality of the products is guaranteed. The study provide a reference for the process plan of similar part .
Key words：side outer panel；numerical simulation；crack；wrikle；optimize
1 引言
側(cè)圍外板是汽車外覆蓋件中最為重要的零件，其形狀復(fù)雜、成形難度大、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配關(guān)系最多，也就決定了它的表面質(zhì)量及尺寸精度要求極高，因此側(cè)圍外板沖壓工藝制定是整個(gè)汽車車身開發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)。 本文主要從側(cè)圍的沖壓工藝設(shè)計(jì)方面入手，結(jié)合數(shù)值模擬仿真技術(shù)，對(duì)側(cè)圍的拉延成形過(guò)程進(jìn)行了模擬分析。同時(shí)通過(guò)對(duì)后工序翻邊整形開裂起皺問(wèn)題的整改，積累了側(cè)圍外板翻邊整形問(wèn)題解決方法的寶貴經(jīng)驗(yàn)，為解決此類問(wèn)題提供了很好的參考作用。
2 零件的工藝性及有限元分析
2.1 零件工藝性分析及工序安排
圖1所示為某側(cè)圍外板零件圖，材料為DC05，料厚0.7mm。從圖可以看出，該零件形狀復(fù)雜，型面高差較大，局部成形較多，是典型的汽車覆蓋件。
在側(cè)圍外板的制造過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)落料、拉延、切邊、翻邊、沖孔等多道工序才能完成，而拉延工序是其中的關(guān)鍵，它直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)效率及制造成本。如圖1所示零件大部分棱線部位側(cè)壁斜度小，圓角半徑較小，變形過(guò)度集中，易產(chǎn)生塑性破裂。因此在工藝數(shù)模設(shè)計(jì)時(shí)做了過(guò)拉延處理，即將局部側(cè)壁拔模角度增大，同時(shí)增大圓角半徑。
產(chǎn)品沖壓成形工藝的確定過(guò)程，就是分析和預(yù)測(cè)板料在變形過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷，并采取一定的措施，以消除和防止沖壓缺陷，同時(shí)考慮制造能力、沖壓設(shè)備、投資成本等因素。
圖1 某側(cè)圍外板零件圖 圖2 落料形狀
根據(jù)該零件的工藝性和本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，側(cè)圍外板的工藝過(guò)程如下：
工序一：落料
工序二：拉延
工序三：切邊+整形+側(cè)切+側(cè)沖孔
工序四：切邊+沖孔+整形+側(cè)整+側(cè)翻+側(cè)切
工序五：翻邊+側(cè)翻+整形+側(cè)沖孔+沖孔+切邊
2.2 拉延成形數(shù)值模擬
為了減少拉延的調(diào)試時(shí)間，從而縮短生產(chǎn)周期，本文運(yùn)用數(shù)值模擬軟件Dynaform進(jìn)行了沖壓成形分析。在設(shè)計(jì)階段對(duì)拉延過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)并加以消除，為設(shè)計(jì)人員在模具設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)制定時(shí)提供可靠的理論依據(jù)。
沖壓成形分析選用的材料為DC05，厚度0.7mm, 考慮到材料利用及零件的成形性，坯料采用落料形狀，如圖2所示。摩擦系數(shù)為0.125，壓邊力為85t。經(jīng)過(guò)多次的模擬分析計(jì)算及工藝優(yōu)化，得到最終分析結(jié)果如圖3所示，由圖可以看出零件拉延成形變形比較充分，材料流動(dòng)均勻，產(chǎn)品部分無(wú)明顯的開裂和起皺，實(shí)際生產(chǎn)的拉延工序件見圖4。
圖3 拉延成形分析結(jié)果
圖4 實(shí)際拉延工序件
3 側(cè)圍外板前窗框A柱上部成形方案優(yōu)化
3.1 A處側(cè)翻邊開裂、疊料的問(wèn)題
該側(cè)圍外板模具經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試，最突出的難點(diǎn)最終表現(xiàn)在零件A柱上部（圖1A處）側(cè)翻邊時(shí)容易開裂，并在前端形成疊料，嚴(yán)重影響模具的開發(fā)進(jìn)程，進(jìn)而影響裝車。產(chǎn)品形狀和翻邊開裂疊料情況如圖5和圖6所示。
3.2 原因分析
如圖7所示，該側(cè)圍外板產(chǎn)品A柱上部側(cè)翻邊高度大（一般的側(cè)圍高度為25mm，該側(cè)圍高35mm），與翼子板搭接面臺(tái)階高10mm(一般的側(cè)圍高度為5~8mm)，翻邊線夾角很小的“三角形”，夾角只有146.7度左右（夾角越接近180度越不會(huì)形成疊料），導(dǎo)致側(cè)翻邊時(shí)在最高的尖角處撕裂。另外，此形狀決定了拉延時(shí)在“三角形”區(qū)域聚集了過(guò)多的材料，而此處側(cè)翻邊時(shí)的法蘭面為平面，把三角形狀的材料在側(cè)圍邊上整形為平面，如果排不出多余的材料必然形成疊料。
圖7 產(chǎn)品尺寸示意圖3.3 解決措施
側(cè)圍外板的A柱上部都是優(yōu)先考慮先切邊再側(cè)翻邊的工藝，在此工藝無(wú)法解決疊料的問(wèn)題時(shí)才考慮使用先側(cè)翻邊再切邊的工藝。該側(cè)圍外板正是采用后一種工藝，即側(cè)圍外板在使用先切邊再側(cè)翻邊工藝造形疊料的情況下，改為先側(cè)翻邊再切邊的工藝，經(jīng)過(guò)多次的CAE分析驗(yàn)證最終得出了一種較好的方案（如圖8所示）。在拉延過(guò)程中盡量的少聚積材料，側(cè)翻邊時(shí)把多余的材料分散在一個(gè)較大的區(qū)域，達(dá)到消除疊料的效果，CAE分析結(jié)果如圖9。
圖8 整改后數(shù)模形狀 圖9 翻邊CAE分析結(jié)果
通過(guò)這種工藝優(yōu)化后，拉延、翻邊整形模具運(yùn)行狀態(tài)很好，試制件狀態(tài)良好（圖10），A處區(qū)域無(wú)疊料現(xiàn)象，起皺現(xiàn)象基本消除，焊接邊的平整度達(dá)到了焊裝和總裝的要求。
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圖10 解決開裂、疊料問(wèn)題的實(shí)際樣件4 側(cè)圍輪轂部位B處起皺嚴(yán)重問(wèn)題整改
圖1 B處疊料主要是因?yàn)檎瘟刻螅瑢?dǎo)致整形時(shí)無(wú)法將材料完全吸收和排出，疊料情況如圖11。
圖11 B處翻邊疊料情況
原工藝采用拉延出一部分形狀后序整形的方法，整形量較大達(dá)到近8mm。在保證B處在拉延不開裂的情況下，此臺(tái)階盡量拉延到位，使整形量相對(duì)減少到3.5mm左右，整形時(shí)疊料缺陷消除。整改前后數(shù)模對(duì)比如下圖：
圖12 整改前后數(shù)模對(duì)比
圖13 整改后樣件效果 圖14 生產(chǎn)出的合格零件
5、結(jié)論
1）結(jié)合數(shù)值模擬仿真結(jié)果對(duì)拉延型面進(jìn)行優(yōu)化，可以大大改善零件成形時(shí)的力學(xué)條件，充分發(fā)揮材料的塑性變形能力，保證拉延過(guò)程中無(wú)起皺、開裂出現(xiàn)；
2）充分結(jié)合數(shù)值模擬仿真技術(shù)進(jìn)行工藝方案設(shè)計(jì)，有效提高了模具設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，進(jìn)而縮短模具設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試周期；
2）實(shí)現(xiàn)了側(cè)圍內(nèi)板的全工序CAE分析，為提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率和產(chǎn)品質(zhì)量提供了有利保障；
3）提出側(cè)圍外板A柱上部、輪轂部位成形難點(diǎn)的合理解決方案，為以后其它車型側(cè)圍外板模具的開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：常桂靜（1979-），女（漢族），河北泊頭人，工程師，主要從事覆蓋件模具CAD/CAE/CAM方面的研究與工作，地址：重慶市渝北區(qū)空港大道603號(hào)模具事業(yè)部，（電話）023-67418856，（電子信箱）changgj@163.com
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