板材成形CAE技術(shù)解決汽車覆蓋件成形缺陷

文 /肖怡銓，崔鵬·江鈴汽車零部件有限公司

板材成形CAE技術(shù)解決汽車覆蓋件成形缺陷

文 /肖怡銓，崔鵬·江鈴汽車零部件有限公司

汽車覆蓋件是指由構(gòu)成汽車車身和底盤的薄金屬板制成的異形體表面和內(nèi)部零件，一般采用沖壓工藝制成。但與一般的沖壓件相比，汽車覆蓋件具有材料薄，形狀復雜，結(jié)構(gòu)尺寸大等特點，同時對產(chǎn)品的表面質(zhì)量、尺寸形狀、剛性都有特殊的要求。特別是對產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求很高，不允許出現(xiàn)破裂、嚴重變薄、起皺、剛性不足等問題。而在傳統(tǒng)上以經(jīng)驗為主的設(shè)計方法，對于一些形狀復雜的零件，較難準確估計板料成形過程中是否會發(fā)生這些問題。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車車身及外觀的審美要求越來越苛刻，因此為了解決上述質(zhì)量問題，借助板材成形CAE分析技術(shù)再結(jié)合模具調(diào)試經(jīng)驗的方法就應(yīng)運而生。

本文以工作中實際出現(xiàn)的某車型A柱下內(nèi)板在成形過程中出現(xiàn)疊料開裂為例，通過采用板材成形CAE分析技術(shù)對原有的工藝設(shè)計方案進行優(yōu)化，從而很好地解決疊料開裂問題。

產(chǎn)品缺陷

A柱下內(nèi)板零件厚度1.4mm，材質(zhì)為B250P1，產(chǎn)品形狀如圖1所示。產(chǎn)品的沖壓工藝為：拉延→切邊沖孔→翻邊整形→切邊沖孔。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品在拉延工序時質(zhì)量良好，而在翻邊整形工序時局部出現(xiàn)嚴重的疊料開裂，如圖2所示。

疊料開裂原因分析

圖1A柱下內(nèi)板 圖2局部疊料開裂

產(chǎn)品出現(xiàn)疊料開裂的部位固定在同一位置，其余部位并未出現(xiàn)，本文從設(shè)備、材質(zhì)和板材成形過程等方面進行分析。

設(shè)備

該產(chǎn)品的翻邊整形工序安排在LDL2-600T1液壓機上生產(chǎn)，設(shè)備經(jīng)檢查監(jiān)控性能穩(wěn)定，不會出現(xiàn)沖壓速度及壓力不穩(wěn)定的情況，產(chǎn)品經(jīng)該設(shè)備加工后會出現(xiàn)疊料開裂問題。同時將該工序臨時安排在YF27-630T和YT-800P兩臺液壓機上生產(chǎn)，疊料開裂問題仍然出現(xiàn)，故產(chǎn)生疊料開裂的問題與設(shè)備無關(guān)。

材料

經(jīng)過對板材工藝性能送檢確認，其主要物理性能指標，如伸長率、抗拉強度、屈服強度等指標均符合標準。同時，為驗證所選材質(zhì)是否合適，調(diào)試中另安排伸長率更好的DC04予以確認，產(chǎn)品仍出現(xiàn)疊料開裂，所以與材質(zhì)無關(guān)。

成形

仔細檢查工序件在翻邊整形前的局部表面，發(fā)現(xiàn)局部有個工藝過渡面呈臺階形。而翻邊整形后，臺階形變?yōu)槠矫妫▓D3），經(jīng)CAE計算局部存在多余材料，多余材料約0.63cm3。所以，得出結(jié)論是：在翻邊整形過程中，多余的材料無處可去從而造成疊料開裂。

圖3翻邊整形前后局部型面對比

工藝方案制定

從上述原因分析，翻邊整形工序前的多余材料是造成疊料開裂的主要原因，因此工藝方案制定的目標就是如何消除多余的材料。

圖4增加工藝缺口方案示意圖

方案一：增加工藝缺口。如圖4所示，在翻邊整形工序前的切邊沖孔工序時將多余的材料去除，從而解決疊料開裂問題。

方案二：重新設(shè)計產(chǎn)品的拉延工藝型面，將原有翻邊整形的臺階形狀的過渡面改為平面，減少多余材料，從而解決翻邊整形時的疊料開裂。

方案的選擇與實施

方案一模具改動量較少、周期短，只需對第二道工序中的切邊刃口進行修改即可。方案二需要改造兩套模具，周期長，還要改變拉延模型面，同時要對修邊沖孔模的修邊線形狀及位置進行調(diào)整。

為驗證方案可行性，生產(chǎn)中按方案一的設(shè)計，人工切除掉原切邊沖孔工序件的局部多余材料（圖4），經(jīng)驗證翻邊成形后疊料開裂問題能得到有效解決（圖5），但在焊接裝配時卻出現(xiàn)焊點缺失這個意想不到的問題（圖6），從而造成分總成件局部強度減弱。

圖5增加工藝缺口疊料問題解決

接著驗證方案二的可行性，借助板材成形CAE分析方法，將原工藝方案中的臺階面改為平面，經(jīng)過五輪CAD設(shè)計、計算機仿真模擬，最終找到解決多余材料問題的工藝型面，如圖7所示，結(jié)果顯示方案二可行。

圖7多工序仿真結(jié)果

模具改造

拉延模

根據(jù)計算機模擬結(jié)果，新的拉延工藝型面與原拉延工藝型面存在較大差異，故需對該產(chǎn)品的拉延、修邊兩套模具進行改造，拉延模型面改變?nèi)鐖D8所示。

圖8拉延型面改造

拉延模工藝補充面改變的同時，由于拉延型面局部抬高，產(chǎn)品局部的拉延深度加大導致成形難度加大，為降低拉延阻力，對拉延筋形狀做的改變，如圖9所示。

切邊沖孔模

切邊模局部需要隨著拉延型面修改，為保證產(chǎn)品邊界不發(fā)生改變，修邊刃口的形狀及位置也做相應(yīng)調(diào)整，如圖10所示。

圖9拉延筋形狀改變

圖10修邊線形狀改進

在對拉延、切邊沖孔兩套模具改造完成后，產(chǎn)品在進行翻邊整形工序后已不再出現(xiàn)疊料開裂，完全滿足原設(shè)計要求，見圖11。

圖11產(chǎn)品工藝改進前后

結(jié)束語

汽車覆蓋件由于形狀復雜、尺寸大、質(zhì)量要求高，其工裝模具的投入成本大、周期長。因此，合理的工藝方案是降低工裝成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本要求，傳統(tǒng)的設(shè)計思路難以保證形狀復雜的產(chǎn)品質(zhì)量要求。同時，不能僅局限于出現(xiàn)問題的某工序，而應(yīng)對整體加以分析。板材成形CAE技術(shù)為驗證汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計是否合理提供了可靠的參考。本次工藝改進工作能夠順利、有效地進行，板材成形CAE分析技術(shù)的運用起到了十分關(guān)鍵的作用。