車身主斷面沖壓分析方法研究

范家春，劉艷兵，楊建，謝國文，鄧國朝

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州510000）

車身主斷面沖壓分析方法研究

范家春，劉艷兵，楊建，謝國文，鄧國朝

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州510000）

車身主斷面分析在汽車設(shè)計過程中有著舉足輕重的作用。首先介紹了車身主斷面的沖壓分析流程，隨后結(jié)合車身外造型、對標(biāo)車主斷面、沖壓工藝知識說明了主斷面沖壓可行性分析的具體方法和內(nèi)容，最后通過實際應(yīng)用說明了主斷面沖壓分析的有效性和必要性，對該項工作具有一定的指導(dǎo)意義。

車身主斷面；沖壓工藝；沖壓方向

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.009

0　前言

目前汽車市場競爭激烈，各主機廠產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，產(chǎn)品開發(fā)周期越來越短，因此各個主機廠對車身主斷面設(shè)計越來越重視。主斷面主要體現(xiàn)出部件的焊裝關(guān)系、關(guān)鍵尺寸要素、公差設(shè)計、工藝合理性等諸多設(shè)計要素，是國內(nèi)外設(shè)計公司控制車身設(shè)計品質(zhì)的重要方法。車身主斷面沖壓可行性分析主要運用于工程化前的設(shè)計階段。結(jié)合外造型，對主斷面中存在的沖壓工藝問題提出合理的解決方案，來指導(dǎo)后期的主斷面完善和更新，為后期車身結(jié)構(gòu)設(shè)計節(jié)約大量的更改時間。如果一些較大的成形性問題到了詳細(xì)設(shè)計階段才被發(fā)現(xiàn)，那時如單純從工藝上可能將無法解決，只能進行大的結(jié)構(gòu)變更，這必將給人力和進度帶來很大影響。

1　車身主斷面介紹

一般車身主斷面為40個左右，具體位置見圖1。車身主斷面設(shè)計主要包括以下一些要點：

圖1　某車型車身主斷面示意圖

（1）車身主體結(jié)構(gòu)方案；

（2）焊接件或安裝件（包括白車身、開閉件、車身附件、內(nèi)飾件、外飾件、燈具等）之間的安裝和配合關(guān)系，如螺紋連接、鉚接、粘接和卡扣等安裝方式；

（3）開閉件的鉸鏈結(jié)構(gòu)、安裝結(jié)構(gòu)和配合間隙；

（4）焊接邊的貼合寬度和焊接角度；（5）外觀件造型分縫的間隙面差等。

車身主斷面不僅包含了外造型所需表達(dá)的間隙匹配內(nèi)容、白車身搭接結(jié)構(gòu)，還把車身與內(nèi)外飾搭配關(guān)系表達(dá)得很清晰，因此是車身設(shè)計的一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，主斷面設(shè)計的好壞直接影響到后期車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和可操作性。

2　車身主斷面沖壓分析流程

由圖2所示，根據(jù)輸入的油泥模型（CAS）和車身主斷面來確定主體外觀零件的沖壓方向，結(jié)合不同零件的不同鈑金質(zhì)量要求（評判基準(zhǔn)）、對標(biāo)車車身主斷面和基本的沖壓知識來進行沖壓可行性分析，如果分析滿足沖壓要求，那么此斷面可以進入下一階段工作；不滿足的話，將分析結(jié)果反饋給設(shè)計部門，設(shè)計部門根據(jù)反饋結(jié)果進行相應(yīng)的修改和完善。修改后，再次確認(rèn)，一直到合格為止。

圖2　車身主斷面沖壓可行性分析流程

3　車身主斷面分析方法

對車身主斷面進行沖壓分析，首先，要對造型形狀和分縫進行深入的分析，了解設(shè)計意圖，采集到更多的產(chǎn)品相關(guān)信息和質(zhì)量要求等；其次，多參考標(biāo)桿車、成功車型等局部斷面形狀，對典型斷面進行數(shù)據(jù)采集和分析，形成標(biāo)準(zhǔn)或者知識庫，為后續(xù)新車型分析作為參考基準(zhǔn)；再次，根據(jù)自身對車身結(jié)構(gòu)知識的了解，結(jié)合外造型、主斷面對所要分析的零件進行3D結(jié)構(gòu)構(gòu)想，真正的了解到單個零件的具體表現(xiàn)形式；第四，利用沖壓知識對斷面進行沖壓分析，同時需要結(jié)合其他專業(yè)知識，給出問題的合理建議。各個項目的相關(guān)內(nèi)容見表1。

表1　R斷面相關(guān)項目和分析內(nèi)容

4　車身主斷面沖壓分析的主要內(nèi)容

車身主斷面沖壓分析主要包括以下幾個內(nèi)容：沖壓可行性分析、零件外觀品質(zhì)分析、回彈問題分析、模具制造可行性分析和成本分析等。

4.1沖壓可行性分析

（1）典型自制件是否滿足沖壓生產(chǎn)要求：沖壓最大深度是否滿足機床和自動化技術(shù)要求、沖壓件所需的模具大小是否滿足機床的工作臺面、工序數(shù)量是否滿足要求等；

（2）綜合外造型和車身主斷面判定局部形狀結(jié)構(gòu)是否存在開裂、起皺等缺陷；

（3）分析最小圓角是否滿足沖壓成型要求；

（4）分析是否存在沖壓負(fù)角等。

4.2零件外觀品質(zhì)分析

結(jié)合主模型（CAS）和斷面確定主體零件的沖壓方向，根據(jù)既定的沖壓方向和鈑金零件質(zhì)量要求來分析外觀零件是否存在外觀品質(zhì)缺陷。

（1）凸模初始觸料是否均勻；

（2）沖壓滑移和沖擊缺陷；

（3）側(cè)整形材料流動可控性如何；

（4）零件外觀凹陷容易發(fā)生部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

4.3回彈問題分析

（1）是否存在回彈補償角；

（2）是否需要增加局部形狀來控制回彈；

（3）根據(jù)實際情況來判定圓角的大小對回彈的影響等。

4.4模具制造可行性分析

（1）最小設(shè)定圓角是否滿足模具最小加工要求；

（2）模具側(cè)整形CAM回退是否與零件存在干涉，鑲塊的強度是否滿足最小要求；

（3）沖孔距離側(cè)壁和邊緣的

距離是否滿足模具強度要求等。

4.5成本分析

（1）是否存在多余的翻邊需要增加沖壓工序；

（2）相鄰孔角度是否差異太大，能否滿足既定的工序要求；

（3）影響材料利用率最大點能否減小等。

5　車身主斷面沖壓分析的具體應(yīng)用

某主機廠工藝工程部針對新開發(fā)的某款車型做了相對應(yīng)的車身主斷面沖壓分析。通過分析，發(fā)現(xiàn)了很多沖壓問題，同時提出了相對應(yīng)的解決方案，節(jié)約了后期產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計周期，以下大概介紹了一些問題情況和具體的解決方案。

圖3（a）所示為SL20斷面的局部示意，此處門內(nèi)板上側(cè)壁拔模角為3°，根據(jù)SL17門鎖處斷面可以判定出此處門的最大拉延深度超過了145 mm，為了控制轉(zhuǎn)角處起皺情況，需要加大此處進料阻力，上側(cè)壁和圓角容易產(chǎn)生開裂，需要調(diào)整此處拔模角度至8°，且加大上圓角至R10，如圖3（b）所示。

圖4（a）圖中示為SL04翼子板與機蓋配合處斷面，此處臺階面很寬（20 mm），側(cè)整形時發(fā)生彎曲的自由材料太多，造成上表面A面圓角處外觀質(zhì)量存在缺陷，后期無法修復(fù)。因此建議此處減小臺階寬度（5 mm），保證觸料均勻的同時，側(cè)整自由材料區(qū)域減小，消除外觀品質(zhì)缺陷，如圖3（b）所示。

圖3　某車型前門檻分縫處斷面

圖4　某車型翼子板與機蓋分縫處斷面

圖5R（a）所示為掀背門與頂蓋配合處斷面，由油泥模型（CAS）可以確定此處沖壓角度為+X向35°，此處掀背門外板A面深度太深。

（1）為保證此處成型不開裂和滑移線，則需要減小對應(yīng)方向的材料流入阻力，這樣無法控制沖擊線，會留下外觀缺陷，無法消除。

（2）如果保證沖擊線，則需要加大對應(yīng)方向的材料流入阻力，這樣容易造成開裂，且滑移線無法控制。

圖5　某車型掀背門處油泥和斷面狀態(tài)

圖6　某車型掀背門CAE分析結(jié)果

圖7　某車型側(cè)圍與頂蓋分縫處

為此提出三個整改建議：

（1）建議此處分出一個塑料件；

（2）建議更改此處形狀，降低高度至120 mm以下，同時加大內(nèi)側(cè)拔模角至沖壓方向下為70°且頂部圓角加大至R15；

（3）建議更改此處形狀，保持高度為150 mm，則需要加大拔模角至沖壓方向下為85°，且頂部圓角加大至R20。

此問題在斷面階段沒有更改，導(dǎo)致后期分析問題非常嚴(yán)重（見圖6），工藝無法克服，反過來重新修改外造型和斷面，周期非常長，而且對造型影響也很大。

圖7所示為SL13頂蓋和側(cè)圍配合處斷面，側(cè)圍此處側(cè)面為單一的一個面，回彈控制較困難，同時頂蓋此側(cè)面為單一面，成型容易開裂，因此建議在兩處增加3 mm寬的等高臺階面，便于側(cè)圍側(cè)整形處控制回彈，同時解決頂蓋上圓角開裂問題。

此車型在車身結(jié)構(gòu)方案確定期間，經(jīng)過多輪車身主斷面沖壓分析，消除了很多沖壓重大問題，為后期詳細(xì)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。

6　結(jié)語

通過對車身主斷面沖壓可行性分析，預(yù)先判定車身結(jié)構(gòu)上存在的重大沖壓工藝問題，避免后期結(jié)構(gòu)設(shè)計完后再更改，節(jié)約大量的設(shè)計修改時間。隨著經(jīng)驗的積累，分析能力的提升，該項工作在產(chǎn)品開發(fā)中的分量逐步增大，成為產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵控制部分。

（編輯：阮毅）

The Research of Body Main Section of Stamping Process

FAN Jia-chun，LIU Yan-bing，YANG Jian，XIE Guo-wen，DENG Guo-chao
（Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd，Automotive Engineering Institute，Guangzhou510000，China）

The analysis of body main section plays an important role in automobile design.This paper firstly discusses the process of body main section of the stamping process，then combining the outside of the body shape，the similar body main section introduces the stamping process method and content of new body main section.Finally，some examples are given to show the effectiveness and necessity of the research on body main section，which has guiding significance on the analysis of body main section.

body main section；stamping process；stamping direction

U463.82

A

1009-9492（2015）01-0037-04

2014-11-19

范家春，男，1964年生，江西贛州人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：汽車制造與工藝、質(zhì)量管理、物流管理以及相關(guān)研發(fā)。