整體側(cè)圍拉延成形缺陷CAE仿真及控制

文/王勇，李玉強(qiáng)，須俊華，董劍安·上海賽科利汽車(chē)模具技術(shù)應(yīng)用有限公司模具制造部

整體側(cè)圍拉延成形缺陷CAE仿真及控制

文/王勇，李玉強(qiáng)，須俊華，董劍安·上海賽科利汽車(chē)模具技術(shù)應(yīng)用有限公司模具制造部

在汽車(chē)覆蓋件沖壓領(lǐng)域中，整體側(cè)圍是車(chē)身外覆蓋件中關(guān)鍵的部件之一，該類(lèi)零件幾何尺寸大、形狀復(fù)雜、成形缺陷難以預(yù)測(cè)。本文采用CAE技術(shù)就整體側(cè)圍拉延成形過(guò)程進(jìn)行仿真，并針對(duì)側(cè)圍比較常見(jiàn)的成形質(zhì)量缺陷進(jìn)行了預(yù)測(cè)，包括后門(mén)洞最高點(diǎn)的開(kāi)裂問(wèn)題、側(cè)圍上沿的沖擊線(xiàn)及門(mén)洞棱線(xiàn)的滑移線(xiàn)問(wèn)題、壓料面起皺問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題采取了工藝造型手段將其解決，這為側(cè)圍的成形及缺陷控制研究提供了一定的借鑒作用。

后門(mén)洞最高點(diǎn)的開(kāi)裂問(wèn)題

圖1 側(cè)圍后門(mén)洞最高點(diǎn)的拉延深度

圖2 過(guò)拉延造型

圖3 CAE仿真結(jié)果及實(shí)際零件狀態(tài)

整體側(cè)圍拉延深度較大，尤其是在后門(mén)洞內(nèi)主棱線(xiàn)處深度最大，圖1中側(cè)圍此處拉延深度達(dá)到了213mm，并且產(chǎn)品圓角很小，為R2.5mm，在成形過(guò)程中很容易出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題。為了解決開(kāi)裂，需要在有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)處做過(guò)拉延造型，將產(chǎn)品側(cè)壁外移做拔模角度，將產(chǎn)品圓角放大，使材料在此處流動(dòng)順暢，能夠使周?chē)牧舷虿牧献儽?yán)重區(qū)域補(bǔ)充，避免開(kāi)裂的產(chǎn)生。過(guò)拉延造型如圖2所示，其中：第一種過(guò)拉延造型的圓角為R4.5mm，CAE仿真結(jié)果顯示板料在危險(xiǎn)處變薄率為0.25（圖3a），現(xiàn)場(chǎng)零件調(diào)試結(jié)果開(kāi)裂嚴(yán)重。第二種過(guò)拉延造型的圓角為R10mm，CAE仿真結(jié)果顯示板料在危險(xiǎn)處變薄率為0.206（圖3b），無(wú)開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)零件調(diào)試開(kāi)裂問(wèn)題得以解決。

側(cè)圍上沿沖擊線(xiàn)及門(mén)洞內(nèi)滑移線(xiàn)問(wèn)題

側(cè)圍作為汽車(chē)較受關(guān)注的外觀零件，其表面質(zhì)量非常重要，一點(diǎn)點(diǎn)的表面質(zhì)量問(wèn)題也會(huì)使整個(gè)汽車(chē)的美觀性大打折扣。沖擊線(xiàn)及滑移線(xiàn)造成的表面質(zhì)量問(wèn)題在外板件缺陷中較為常見(jiàn)且難以解決。板料在拉延過(guò)程中，凹模口圓角首先接觸板料，隨著板料向凹模中流入，凹?？趫A角在板料上留下痕跡，材料流入越多痕跡越長(zhǎng)，這種痕跡就是沖擊線(xiàn)。另外門(mén)洞內(nèi)與外露面交接的R較小，并且在沖壓方向上位置相對(duì)較高，在板料成形過(guò)程中，凸模上此圓角位置與板料略早接觸，如果門(mén)洞內(nèi)外材料流動(dòng)不均勻，與凸模高處圓角接觸的板料會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，如果此處接觸產(chǎn)生的痕跡向外露面方向滑動(dòng)的話(huà)就會(huì)造成滑移線(xiàn)問(wèn)題。

目前整體側(cè)圍拉延深度越來(lái)越淺，隨著對(duì)拉延深度的控制，側(cè)圍與頂蓋搭接部位外露面的沖擊線(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大，門(mén)洞內(nèi)外材料流動(dòng)的不均勻也加大了門(mén)洞滑移線(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，側(cè)圍前沿外露面見(jiàn)圖4。

側(cè)圍前沿側(cè)壁截面見(jiàn)圖5，原始造型的面為線(xiàn)性，通過(guò)CAE仿真發(fā)現(xiàn)材料流動(dòng)過(guò)快，沖擊線(xiàn)進(jìn)入外露面，如果將相應(yīng)處拉延筋鎖得太緊，阻止材料流入，又會(huì)造成門(mén)洞內(nèi)開(kāi)裂問(wèn)題。通過(guò)多次造型改造及CAE仿真發(fā)現(xiàn)，在側(cè)壁的下半段增加臺(tái)階造型，這種臺(tái)階造型的凹模圓角初始接觸板料的位置比原始的凹模圓角接觸板料的位置稍微靠外一點(diǎn)，能夠儲(chǔ)存一定量的材料，并且在成形前一段時(shí)間使材料產(chǎn)生稍大的拔模角度，材料流入量相對(duì)較少，到板料成形的后半階段，上模臺(tái)階的上圓角接觸板料，此圓角處材料流動(dòng)開(kāi)始等同于原始的材料流動(dòng)，最后到拉延成形結(jié)束。這樣整體來(lái)說(shuō)減緩了上半段材料的材料流動(dòng)，就減緩了沖擊線(xiàn)，并避免了門(mén)洞內(nèi)開(kāi)裂問(wèn)題。同時(shí)，優(yōu)化門(mén)洞內(nèi)的工藝補(bǔ)充形狀及拉延筋阻力，使門(mén)洞內(nèi)外材料流動(dòng)均勻，也避免了門(mén)洞圓角的滑移線(xiàn)問(wèn)題。側(cè)圍前沿處沖擊線(xiàn)CAE仿真最終結(jié)果見(jiàn)圖6，門(mén)洞內(nèi)滑移線(xiàn)CAE仿真結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖4 側(cè)圍前沿外露面

圖5 側(cè)圍前沿側(cè)壁橫截面

圖6 側(cè)圍前沿處沖擊線(xiàn)CAE仿真結(jié)果

圖7 側(cè)圍門(mén)洞內(nèi)滑移線(xiàn)CAE仿真結(jié)果

與翼子板搭接處壓料面起皺問(wèn)題

側(cè)圍與前翼子板搭接部位產(chǎn)品的法蘭面高低不平，壓料面根據(jù)產(chǎn)品法蘭面形狀設(shè)計(jì)，起伏較大，通過(guò)CAE分析發(fā)現(xiàn)成形過(guò)程中有起皺問(wèn)題，并有可能對(duì)外觀質(zhì)量造成影響。將局部高處的產(chǎn)品法蘭面放到凸模上拉延成形，凸模輪廓線(xiàn)外移，并將低處的法蘭面在拉延時(shí)抬高，壓料面改為平緩，未拉延出的產(chǎn)品法蘭部分放到下一道工序上采用二次拉延工藝成形，CAE仿真結(jié)果顯示拉延成形過(guò)程起皺現(xiàn)象明顯改善，極大地降低了外觀質(zhì)量缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，下一道工序二次拉延工藝采用外面帶壓料板的形式，可以保證二次拉延過(guò)程中材料變形平緩流暢，具有可控性，法蘭面更加平整。由于二拉深度較小，最大量為10mm，也不會(huì)降低材料利用率。更改前壓料面形狀及CAE仿真結(jié)果見(jiàn)圖8a，更改后壓料面形狀及CAE仿真結(jié)果見(jiàn)圖8b。

圖8 壓料面形狀及CAE仿真結(jié)果

整體側(cè)圍成形復(fù)雜，CAE分析及工藝造型難度較大，采用正確的CAE仿真方法可以有效地對(duì)成形缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)并能夠評(píng)判工藝造型的優(yōu)良。本文針對(duì)整體側(cè)圍拉延成形過(guò)程進(jìn)行仿真，對(duì)側(cè)圍成形過(guò)程中的重大缺陷進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并通過(guò)工藝造型將其改正，有效地指導(dǎo)了側(cè)圍拉延模具的調(diào)試，縮短了模具的調(diào)試周期，并取得了很好的效果。

王勇，博士。研究方向：汽車(chē)覆蓋件沖壓工藝及CAE技術(shù)研究。