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)圍外板工藝難點及特征，采用經(jīng)驗設(shè)計和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，制定了其沖壓工藝方案。運用數(shù)值模擬軟件對拉延成形進(jìn)行模擬和分析，同時對后工序出現(xiàn)的翻邊開裂起皺問題進(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汽車車身開發(fā)的技術(shù)難點。 本文主要從側(cè)圍的沖壓工藝設(shè)計方面入手，結(jié)合數(shù)值模擬仿真技術(shù)，對側(cè)圍的拉延成形過程進(jìn)行了模擬分析。同時通過對后工序翻邊整形開裂起皺問題的整改，積累了側(cè)圍外板翻邊整形問題解決方法的寶貴經(jīng)驗，為解決此類問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)圍外板的制造過程中，要經(jīng)過落料、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，變形過度集中，易產(chǎn)生塑性破裂。因此在工藝數(shù)模設(shè)計時做了過拉延處理，即將局部側(cè)壁拔模角度增大，同時增大圓角半徑。
產(chǎn)品沖壓成形工藝的確定過程，就是分析和預(yù)測板料在變形過程中可能產(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，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，側(cè)圍外板的工藝過程如下：
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)試時間，從而縮短生產(chǎn)周期，本文運用數(shù)值模擬軟件Dynaform進(jìn)行了沖壓成形分析。在設(shè)計階段對拉延過程中可能產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行預(yù)測并加以消除，為設(shè)計人員在模具設(shè)計和工藝參數(shù)制定時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)過多次的模擬分析計算及工藝優(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，材料流動均勻，產(chǎn)品部分無明顯的開裂和起皺，實際生產(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、疊料的問題
該側(cè)圍外板模具經(jīng)過長時間的調(diào)試，最突出的難點最終表現(xiàn)在零件A柱上部（圖1A處）側(cè)翻邊時容易開裂，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度越不會形成疊料），導(dǎo)致側(cè)翻邊時在最高的尖角處撕裂。另外，此形狀決定了拉延時在“三角形”區(qū)域聚集了過多的材料，而此處側(cè)翻邊時的法蘭面為平面，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，在此工藝無法解決疊料的問題時才考慮使用先側(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)過多次的CAE分析驗證最終得出了一種較好的方案（如圖8所示）。在拉延過程中盡量的少聚積材料，側(cè)翻邊時把多余的材料分散在一個較大的區(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
通過這種工藝優(yōu)化后，拉延、翻邊整形模具運行狀態(tài)很好，試制件狀態(tài)良好（圖10），A處區(qū)域無疊料現(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、疊料問題的實際樣件4 側(cè)圍輪轂部位B處起皺嚴(yán)重問題整改
圖1 B處疊料主要是因為整形量太大，導(dǎo)致整形時無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，此臺階盡量拉延到位，使整形量相對減少到3.5mm左右，整形時疊料缺陷消除。整改前后數(shù)模對比如下圖：
圖12 整改前后數(shù)模對比
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)果對拉延型面進(jìn)行優(yōu)化，可以大大改善零件成形時的力學(xué)條件，充分發(fā)揮材料的塑性變形能力，保證拉延過程中無起皺、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，有效提高了模具設(shè)計質(zhì)量和效率，進(jìn)而縮短模具設(shè)計、制造和調(diào)試周期；
2）實現(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)打下堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：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號模具事業(yè)部，（電話）023-67418856，（電子信箱）changgj@163.com
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