汽車翼子板成形的拉裂分析與控制

段賢勇 牛 莉 張新建

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽 蕪湖 241000)

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汽車翼子板成形的拉裂分析與控制

段賢勇 牛 莉 張新建

(安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽 蕪湖 241000)

汽車翼子板的成形過程極其復(fù)雜，在成形過程中易產(chǎn)生起皺、拉裂、剛性不足等缺陷。針對翼子板成形中最常見的拉裂缺陷問題，研究翼子板與前保險杠配合區(qū)域變形特征，分析材料發(fā)生減薄、拉裂的原因；利用AutoForm軟件對翼子板與前保險杠配合處成形過程進(jìn)行模擬，對比分析其拉延造型方法，并提出改進(jìn)方案。現(xiàn)場生產(chǎn)驗證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，為模具設(shè)計提供了依據(jù)。

翼子板； 拉裂； AutoForm； 拉延造型

汽車翼子板表面質(zhì)量要求高，要求棱線清晰平直，曲線圓滑且過渡均勻等，不允許有凹痕、皺紋、壓痕、拉裂等缺陷[1-2]。從裝配關(guān)系分析，汽車翼子板有復(fù)雜的裝配關(guān)系和高裝配精度要求[3]。由于其材料薄且形狀復(fù)雜，成形過程以拉延、整形、翻邊、切口等工序為主，所以拉裂是最常見的缺陷之一。

本次研究針對某車型前翼子板，分析其與前保險杠配合區(qū)域變形特征和拉裂原因，利用AutoForm軟件對翼子板與前保險杠配合區(qū)域進(jìn)行成形過程數(shù)值模擬，預(yù)測成形時的拉裂問題；通過對比分析拉延造型方法，控制拉裂出現(xiàn)，優(yōu)化工藝方案，為模具設(shè)計提供依據(jù)，縮短模具制造周期。

1 工藝分析

汽車前翼子板四周分別與發(fā)動機(jī)蓋板、前大燈、前保險杠、前車門、A柱等配合，有較高的裝配精度要求，保證與周邊零件的外觀間隙和面差，減少行駛過程中的抖動和異響。因此，要求配合區(qū)域具有足夠的強(qiáng)度和剛性，成形后不允許有拉裂出現(xiàn)。

1.1 前保險杠配合區(qū)域工藝

圖1展示了翼子板與前保險杠配合區(qū)域出現(xiàn)拉裂的部位。翼子板與前保險杠配合區(qū)域由復(fù)雜的曲面組成，成形時板料各部分的變形狀態(tài)極為復(fù)雜[4]，其成形工藝為：落料→拉延→修邊→整形→分離→修邊→翻邊→沖孔，拉裂問題易出現(xiàn)在拉延和整形工序中[5]。

圖1 翼子板與前保險杠配合區(qū)域出現(xiàn)拉裂的部位

從經(jīng)驗和理論分析，通?？刂撇牧系牧鲃悠椒€(wěn)性，增大凹模圓角，合理選擇壓邊力及布置拉延筋等，能保證拉延時拉延面的材料更容易平衡地流入凹模，彌補(bǔ)因材料流入不足而變薄，導(dǎo)致拉裂現(xiàn)象。目前，利用有限元模擬軟件對零件進(jìn)行CAE分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化成形工藝，是控制成形質(zhì)量進(jìn)行模具設(shè)計的一種重要方法。本次研究結(jié)合拉裂產(chǎn)生的規(guī)律，通過AutoForm軟件分析翼子板與前保險杠配合區(qū)域的拉延造型方案，模擬整形過程，提出工藝方案優(yōu)化措施，實現(xiàn)對拉裂缺陷的有效控制。

2 工藝方案

圖2a方案一中的拉延造型采用等深拉延方法，即盡可能拉延到產(chǎn)品深度，后序整形工序中逐步減少側(cè)壁角度而達(dá)到最終要求。如圖3a所示，產(chǎn)品深度拉延，法蘭側(cè)壁角度必然打開，整形刀塊與制件側(cè)壁先接觸，即使法蘭部位已貼近產(chǎn)品深度，但刀塊與制件側(cè)壁接觸時，過拉延和1.5 mm臺階處多出的料被聚集到側(cè)壁，成為產(chǎn)生缺陷的危險區(qū)，易出現(xiàn)起皺。同時因造型較深，產(chǎn)品R角較小，拉延時制件的變薄率較大，后序整形時因材料流入不足而增加了拉裂傾向。

圖2b方案二中的拉延造型采用階梯拉延方法，即逐步增加拉延深度到產(chǎn)品要求，在后序整形工序中逐步縮小法蘭部位而達(dá)到最終要求。如圖3b所示，該方案沒有預(yù)設(shè)1.5 mm的二次臺階，整形積料明顯減少，產(chǎn)生起皺傾向減小。因整形刀塊與制件接觸面大，進(jìn)料均勻，在產(chǎn)品R根部接觸減少了R角變型風(fēng)險。拉延造型較淺，拉延后前保險杠配合區(qū)域變薄率小，開裂傾向小，又能夠保證后序翻邊時制件有足夠的強(qiáng)度。

圖2 翼子板與前保險杠配合區(qū)域拉延造型設(shè)計

3 模擬結(jié)果

選用材料DC04，料厚0.7 mm,性能參數(shù)見表1。設(shè)定摩擦系數(shù)為0.15，利用軟件AutoForm以BT殼為單元進(jìn)行幾何離散[6]，對2種造型方案進(jìn)行模擬分析。結(jié)果如圖4所示。2方案拉延后變形區(qū)的變薄率都在3%～30%，變形充分，各處均在安全變形區(qū)。比較2方案，可以看出方案一比方案二各對應(yīng)點的變薄率大，起皺和拉裂的傾向大。采用CAE模擬整形過程。圖5為翼子板前保險杠配合區(qū)域 2 mm板料整形結(jié)束前的狀況，圖6為板料整形結(jié)束時模擬結(jié)果?？梢钥闯觯桨敢挥衅鸢櫤烷_裂的風(fēng)險，方案二CAE模擬成形結(jié)果與實際試模情況相符(見圖7)，沒有出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

圖3 造型斷面圖及整形刀塊初始位置

厚度∕mm抗拉強(qiáng)度∕MPa屈服強(qiáng)度∕MPa硬化指數(shù)板厚方向指數(shù)0．72701650．181．5

圖4 拉延后變薄率

圖5 2 mm的板料整形結(jié)束前變形狀況

圖6 整形結(jié)束時板料模擬結(jié)果

圖7 實際試模結(jié)果

4 結(jié) 語

通過數(shù)值模擬，研究了翼子板與前保險杠配合區(qū)域典型的拉裂現(xiàn)象，對拉裂問題進(jìn)行了深入分析，并提出了有效的控制措施。經(jīng)過實踐驗證，該案例中采用階梯拉延造型優(yōu)于等深拉延造型，能有效地控制翼子板前保險杠配合區(qū)域拉裂的出現(xiàn)，提高零件質(zhì)量。

[1] 李雪，程迎潮，劉罡,等.轎車側(cè)圍外板沖壓成形分析[J].鍛壓技術(shù)，2011，36(3):27-32.

[2] 吳磊，陳新平，蔣浩民,等.側(cè)圍外板零件典型開裂與改善[J].塑性工程學(xué)報，2014，21(2):55-59.

[3] 喻航，劉渝，趙川,等.翼子板成形評估及模具調(diào)試[J].金屬成形工藝,2001,19(5):39-42.

[4] 刁可山，陳新平，蔣浩民,等.外板圓角區(qū)域拉深破裂及影響因素研究[J].鍛壓技術(shù),2008,33(2):23-26.

[5] 王志明，周璇.基于虛擬試模的汽車翼子板成形回彈控制研究[J].熱加工工藝,2012,41(5):75-77.

[6] 劉馳.翼子板沖壓工藝及成形分析[J].鍛壓技術(shù),2014,39(4):20-24.

The Crack Analysis and Control of Forming Process for the Automobile Fender Board

DUANXianyongNIULiZHANGXinjian

(Department of Machanical and Electrical Engineering, Anhui Technical College, Wuhu Anhui 241000, China)

The forming process of automobile fender board is quite complex, and some defects such as fold, crack and insufficient rigidity have arisen easily in the forming process. For the most common cracking defects, our focus is studying the deformation properties and the reasons of the thickness reduction and the material cracking for the matching area between automobile fender board and front bumper; the forming process on the matching area was simulated with AutoForm software. Then the drawing forming methods were analyzed and compared, and furthermore, its solution was presented. Actual production verifies the accuracy of the analysis results and the reference basis for mold design is provided.

automobile fender board; cracking; Autoform; drawing form

2016-02-20

2014安徽省省級質(zhì)量工程項目“機(jī)械制造基礎(chǔ)精品資源共享課程”(2014GXK132)；2015安徽省省級質(zhì)量工程項目“材料成型及控制技術(shù)專業(yè)綜合改革試點”(2015ZY126)

段賢勇(1973 — )，男，安徽舒城人，碩士，副教授，研究方向為模具CADCAECAM教學(xué)與科研。

TG386

A

1673-1980(2016)05-0106-03