轎車前翼子板沖壓件和沖模優(yōu)化分析（上）

文/楊威，高志純，郎慶東·一汽-大眾汽車有限公司

前翼子板作為標(biāo)志整車外表面件制造水平的沖壓件，以其造型的復(fù)雜性、匹配的多重性、表面質(zhì)量要求的嚴(yán)格性著稱。那么，通過優(yōu)化沖壓生產(chǎn)方式、沖壓成形方法、模具制造與調(diào)試等過程，達(dá)到整車的造型效果，成為了我們的重點(diǎn)目標(biāo)。本文將對翼子板沖壓件成形技術(shù)分析、模具優(yōu)化技術(shù)、沖壓件質(zhì)量優(yōu)化辦法等內(nèi)容做重點(diǎn)闡述。

造型特點(diǎn)、匹配和表面質(zhì)量要求

翼子板處在整車目視效果最明顯的位置，為了追求整車造型良好的視覺效果，在德系產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，產(chǎn)品的三維過渡曲面、裝飾銳棱等產(chǎn)品特征面線幾乎到了接近成形極限的狀態(tài)和銳度。翼子板在整車上的匹配面、基準(zhǔn)面、檢測面多，對匹配的間隙、平度、整車的結(jié)構(gòu)尺寸和檢測基準(zhǔn)有很高的要求。前翼子板產(chǎn)品造型特點(diǎn)、匹配和表面質(zhì)量要求如圖1所示。

前翼子板沖壓件成形技術(shù)分析

可制造性分析

在前翼子板產(chǎn)品數(shù)據(jù)優(yōu)化階段，為了確保制件具有穩(wěn)定、可靠的工藝性和良好的匹配精度，充分滿足產(chǎn)品的特性要求。需要對給出的產(chǎn)品數(shù)據(jù)做既符合產(chǎn)品特征也適合制造工藝與批量生產(chǎn)的數(shù)據(jù)檢查，并協(xié)助產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員優(yōu)化產(chǎn)品數(shù)據(jù)，經(jīng)過多輪的改進(jìn)，形成可用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本。

圖1 前翼子板造型特點(diǎn)、匹配和表面質(zhì)量要求

⑴前翼子板產(chǎn)品型面數(shù)據(jù)造型評價(jià)檢查。用成形分析軟件做產(chǎn)品表面光順性檢查及優(yōu)化，重點(diǎn)檢查三維曲面過渡區(qū)域的連續(xù)性，通過斑馬圖顯示曲面過渡區(qū)域的變化狀態(tài)。經(jīng)過對產(chǎn)品型面數(shù)據(jù)表面的連續(xù)性檢查及優(yōu)化，達(dá)到型面光順效果可以滿足A面標(biāo)準(zhǔn)表面質(zhì)量要求。

⑵前翼子板產(chǎn)品輪廓分縫數(shù)據(jù)評價(jià)檢查。在滿足產(chǎn)品造型特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)產(chǎn)品的造型特點(diǎn)，確定適合制造工藝性的產(chǎn)品輪廓分縫位置。

⑶前翼子板產(chǎn)品特征線和成形制造工藝性評價(jià)檢查。用成形模擬軟件，對產(chǎn)品特征線（銳棱）、形面成形區(qū)域、翻邊整形區(qū)域等做成形性和制造工藝性分析檢查和優(yōu)化。對于無法完全消除的影響表面質(zhì)量和尺寸精度的缺陷問題，提出理論分析缺陷風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告。

拉延模擬分析

按材料數(shù)據(jù)庫中的機(jī)械性能等數(shù)據(jù)，產(chǎn)品要求的板料纖維方向，工藝要求的板料輪廓，用模擬成形分析軟件，做拉延成形模擬分析，檢查產(chǎn)品數(shù)據(jù)與板料、成形性的匹配狀態(tài)。

根據(jù)可參考類比車型翼子板的情況，取沖壓基準(zhǔn)點(diǎn)為：X=0、Y=-800、Z=350。沖壓方向?yàn)檠豖軸旋轉(zhuǎn)-17°，沿Y軸旋轉(zhuǎn)3°。在此沖壓基準(zhǔn)點(diǎn)和沖壓方向上，板料放置在壓邊圈上的狀態(tài)較好，觸料狀態(tài)均勻，拉延成形和壓料力分布相對均勻，拉延深度變化小，全部拉延型面無負(fù)角且拔模斜度適中，有利于退件和后工序修邊角度和后續(xù)放取件。特別是沿Y軸旋轉(zhuǎn)3°，在保證其他狀態(tài)良好的情況下，使銳棱滑移線最小。

工藝補(bǔ)充部分高度的選取，板料與拉延凸模的初始接觸位置合理，板料成形順暢無積料和尖點(diǎn)，對制件拉延成形有利，同時(shí)，不會(huì)有影響制件表面質(zhì)量的缺陷。成形過程中各階段拉延狀態(tài)如圖2所示。

⑴使板料的塑性變形充分，制件回彈變形小。在保證制件具有足夠剛性的同時(shí)，也使拉延過程產(chǎn)生的沖擊線控制在修邊輪廓以外的工藝補(bǔ)充部分，滑移線控制在最小范圍內(nèi)，保證前蓋下安裝及檢測面形狀部分位于凸模上，保證其尺寸精度和表面質(zhì)量，在工藝補(bǔ)充上加大了拉延深度，并使壓料面的形狀與制件的接近，拉延深度相對均勻。

為了保證制件在月牙區(qū)域、A柱上角部區(qū)域、大燈燈口區(qū)域、輪罩區(qū)域等處的塑性變形充分及可調(diào)整性，在該區(qū)域的工藝補(bǔ)充面上設(shè)置了進(jìn)料臺(tái)階和工藝凸包。工藝補(bǔ)充形狀如圖3所示。

圖2 成形過程中各階段拉延狀態(tài)

圖3 工藝補(bǔ)充形狀

根據(jù)產(chǎn)品的輪廓形狀和后續(xù)修邊工序的修邊輪廓，并考慮后續(xù)工序?qū)に囇a(bǔ)充的要求，確定拉延凸模輪廓及修邊位置。保證制件的外表面形狀和主要匹配面等包含在凸模輪廓范圍內(nèi)，并具有良好的表面質(zhì)量和尺寸精度。

⑵適應(yīng)壓料面的形狀，保證壓料的可靠性，板料在拉延前的初始狀態(tài)呈預(yù)彎狀態(tài)，已接近壓料面的形狀。為了有利于后續(xù)的翻邊工序，減少翻邊對制件表面質(zhì)量的影響，在翻邊的輪廓位置上做了預(yù)翻邊（過拉延）設(shè)計(jì)。拉延件可以在后續(xù)的修邊工序模具中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的定位，在拉延工藝補(bǔ)充面四周制件邊緣上，沖翻出4個(gè)月牙形狀的定位面。

⑶成形性評估分析結(jié)果檢查。根據(jù)拉延模擬成形性FLD極限圖中成形限制曲線安全區(qū)范圍，材料變厚可接受范圍，材料過渡變薄可分析范圍，材料拉伸不足顯示范圍等，產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的工藝性基本合理，雖然局部形狀存在破裂可能，但能夠保證拉延及后工序沖壓工藝的可行性。成形性評估分析結(jié)果檢查如圖4所示。

圖4 成形性評估分析結(jié)果檢查

⑷主/次應(yīng)變評估分析結(jié)果檢查。根據(jù)拉延模擬的主/次應(yīng)變在制件成形區(qū)域的分布和變化情況顯示，雖然由于制件在工藝補(bǔ)充部分設(shè)置的進(jìn)料臺(tái)階和工藝凸包，反映在工藝補(bǔ)充部分和制件表面形狀的主/次應(yīng)變變形分布有些差異，但這對制件成形充分性、制件剛性、制件表面質(zhì)量都是有利的，也是可以接受的。

⑸產(chǎn)品滑移線評估分析結(jié)果檢查。根據(jù)拉延模擬在成形區(qū)域滑移狀態(tài)分析顯示結(jié)果，由于銳棱的圓弧半徑很小，在銳棱成形區(qū)域的銳棱滑移線超過了銳棱圓弧區(qū)域，特別是上、中2條裝飾棱線和輪罩成形裝飾棱線的滑移線比較寬，存在對制件表面質(zhì)量影響的隱患。待后期在模具調(diào)試優(yōu)化中處理。產(chǎn)品滑移線評估分析如圖5所示。

圖5 產(chǎn)品滑移線評估分析

⑹板料料厚變化、變薄率變化和板料起皺分析結(jié)果檢查。根據(jù)拉延模擬對制件板料料厚變化、變薄率變化和板料起皺的分析，其板料的變化范圍在允許的界限內(nèi)，變化分布與工藝補(bǔ)充部分和成形部分的設(shè)計(jì)趨勢基本一致，雖然個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)接近極限值，有出現(xiàn)縮頸、開裂的可能，但可以通過調(diào)整實(shí)際模具解決。

⑺位移邊界條件指標(biāo)檢查。根據(jù)拉延模擬對制件邊緣位移邊界的變化情況檢查，為板料輪廓形狀、尺寸和拉延筋等的設(shè)置做出了趨勢判斷。沿凸模四周輪廓，在保證足夠壓料寬度的條件下，設(shè)置一條拉延筋，同時(shí)，為了控制和調(diào)整輪罩區(qū)域、月牙區(qū)域、A柱區(qū)域的進(jìn)料阻力，該區(qū)域加設(shè)了第二條局部拉延筋。為了保證制件批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性，在拉延件上，必須保留一條拉延筋寬度占2/3以上。在這種條件下，設(shè)置出板料的最小輪廓尺寸，位移邊界條件如圖6所示。

圖6 位移邊界條件

⑻最終分析結(jié)果檢查。經(jīng)CAE分析表明，產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的工藝性基本合理，但局部形狀存在破裂可能，調(diào)試過程中依賴于型面光潔度及局部圓角的修正，拉延工序制件的工藝補(bǔ)充部分成形工藝合理，能夠保證該件的產(chǎn)品質(zhì)量要求，保證拉延及后工序沖壓工藝的可行性，因此該制件及工藝補(bǔ)充部分可作為制造依據(jù)應(yīng)用于現(xiàn)生產(chǎn)。