基于Autoform仿真模擬的某車型后地板材料優(yōu)化

丁海濤

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：仿真模擬；材料牌號；生產(chǎn)成本

前言

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，商用汽車行業(yè)的競爭越來越激烈。要提高企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，不僅要擁有良好的品質(zhì)，而且要降低整車的制造成本。降低沖壓件的生產(chǎn)成本是汽車車身制造部分降成本的關(guān)鍵。

材料牌號等級對材料價格的影響較大，材料牌號等級越高，材料價格就越高。因此，在滿足制件成型工藝要求以及使用要求的情況下，盡可能使用低等級牌號材料進行加工。對于一些坯料尺寸以及工藝工序無法優(yōu)化的，可以采取更換低等級材料牌號的方法開展沖壓件降成本工作。

文章以公司某車型后地板沖壓件為例，主要介紹使用Autoform軟件對后地板沖壓成型過程進行分析，對成型過程中出現(xiàn)的問題進行改進，最終生產(chǎn)出合格的零件，完成后地板材料牌號的更換優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本。

1 零件及工藝介紹

1.1 零件介紹

后地板是重型卡車駕駛室重要的結(jié)構(gòu)零件，其與發(fā)動機罩、左/右地板以及縱梁搭接構(gòu)成了卡車駕駛室白車身的整個地板總成。圖1為某重型汽車的后地板零件數(shù)模。

該后地板零件零件長2260mm，寬度465mm，拉延深度為 38mm，零件結(jié)構(gòu)造形比較簡單，拉延深度較淺，對拉延工藝的要求不是很高。

1.2 生產(chǎn)工藝介紹

后地板的沖壓生產(chǎn)工藝共有兩序，第一序為拉延工序，第二序為修邊沖孔工序，如圖2所示。

圖2

2 確定改進方案

后地板目前采用DC04牌號鋼板，板材料厚為1.2mm，尺寸大小為 2370mm×580mm。為降低生產(chǎn)成本，初步確定采用價格較為便宜的DC01牌號板材代替DC04牌號板材生產(chǎn)后地板。

2.1 板料對比分析

下面對DC04和DC01兩種板材的化學(xué)成分和力學(xué)性能進行對比分析。

化學(xué)成分對比，如表1所示。

表1

從表1中可以看出，DC01牌號板材的C、Mn、P、S等元素的含量略高于DC04，Alt（全鋁含量）的要求相同。

力學(xué)性能對比，如表2所示。

表2

從表 2中可以看出，DC01牌號板材抗拉強度與 DC04要求一致，屈服強度高于DC04，斷后伸長率低于DC04。因此，DC01牌號材料的塑性低于DC04，拉延工藝性較差。

以上指標(biāo)對比均表明，DC01牌號板材成型性能較差。在用模具使用DC04板料能穩(wěn)定生產(chǎn)出合格的后地板零件，但采用DC01板料能否生產(chǎn)出合格的后地板零件，仍需要進一步的工藝分析。

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2.2 沖壓成型工藝分析

沖壓件的結(jié)構(gòu)尺寸以及表面質(zhì)量取決于零件拉延的結(jié)果，拉延工序的質(zhì)量是否合格是能否生產(chǎn)出合格沖壓件的關(guān)鍵。下面利用Autoform軟件對后地板采用DC04和DC01兩種板材的拉延的情況進行仿真模擬分析。

DC04板材分析結(jié)果如圖3和圖4所示。

從圖3可以看出，制件僅存在輕微起皺趨勢，圖4為分析得到的FLD成型極限圖，從圖也可看出，制件無區(qū)域落入紅色開裂危險區(qū)。因此，使用DC04材料加工后地板合理可靠。

圖3

圖4

DC01牌號板材分析結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5

圖6

從圖5可以看出，制件局部加強筋圓弧處存在明顯的開裂。從圖6的FLD成型極限圖也可看出，制件多處區(qū)域落入開裂危險區(qū)。因此，使用DC01牌號材料存在較大開裂風(fēng)險。

2.3 確定改進方案

根據(jù)前期分析，使用DC01牌號板材生產(chǎn)后地板，拉延序制件局部圓角部位出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂風(fēng)險。

針對于制件局部存在隱裂以及開裂的問題，一般通過減小氣墊壓力、調(diào)低隱裂及開裂部位的拉延筋高度。由于DC01牌號板材的屈服強度大于 DC04，因此采用 DC01牌號板材拉延制件所需的成型力大于采用DC04板材拉延的成型力。因此不能通過減小氣墊壓力的方法解決制件開裂風(fēng)險。

通過常規(guī)的方法不能解決開裂風(fēng)險，因此，我們決定對后地板出現(xiàn)開裂風(fēng)險部位的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。增大沖壓件的圓角半徑可以減小板料在成型時流動的阻力，消除拉延開裂的問題。目前出現(xiàn)開裂風(fēng)險部位的圓角大小為R4，后地板為白車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，零件局部輕微改動不會影響零件后序的裝配及使用。因此，我們決定將制件容易出現(xiàn)開裂風(fēng)險部位的圓角由R4更改為R6。更改前后零件數(shù)模如圖7和圖8所示。

圖7

圖8

將后地板零件數(shù)模進行更改后，使用Autoform軟件對使用DC01板料進行拉延的情況進行仿真模擬。模擬結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖9

圖10

從圖9可以看出，開裂處凸模圓角調(diào)整后，開裂處明顯消失，僅局部存在起皺的風(fēng)險。從圖10的FLD成型極限圖也可見，制件無區(qū)域落入開裂危險區(qū)。因此，此方案經(jīng)分析可行。

3 方案實施及驗證

3.1 模具更改

根據(jù)前面的仿真模擬分析，我們確定了模具的改進方案。將制件存在開裂風(fēng)險部位對應(yīng)的拉延模凸模圓角半徑由 R4調(diào)整為R6，這樣可以減小成型過程中材料流動的阻力，避免拉延時材料開裂及隱裂的產(chǎn)生。

對拉延模具按照確定方案在數(shù)控設(shè)備上進行加工，并安排模具鉗工對凸、凹模間隙進行調(diào)整研合，保證模具R角均勻、光順。

3.2 驗證生產(chǎn)

訂購50張DC01牌號板材，對更改后的模具是否能夠使用DC01牌號板材生產(chǎn)出合格的零件進行驗證。驗證生產(chǎn)過程中，制件并未出現(xiàn)開裂及隱裂的質(zhì)量問題，僅局部存在輕微起皺，在可接受范圍內(nèi)，與前期模擬分析結(jié)果一致。生產(chǎn)制件如圖11所示。

圖11

訂購3000張DC01牌號的板材，分3次進行批量生產(chǎn)的驗證，每批次生產(chǎn)1000件。生產(chǎn)制件未出現(xiàn)開裂及隱裂質(zhì)量問題，狀態(tài)穩(wěn)定，并且一致性較好。

4 收益核算

DC04牌號板材單價為4.4元/kg，DC01牌號板材單價為3.8元/kg，通過后地板材料牌號的切換，單件可以降低材料費用7.8元，如表3所示。后地板零件為每車一件，因此，通過本項目的實施，單車可節(jié)省材料費用7.8元。

表3

5 結(jié)論

后地板材料牌號的優(yōu)化借助了 Autoform工藝軟件進行了沖壓成型的模擬分析，為降成本工作的開展提供了有力的技術(shù)數(shù)據(jù)支持和保障。使用Autoform工藝軟件對薄板沖壓成型仿真模擬分析的方法具有操作簡便、分析狀態(tài)可靠等特點，能較好的提高工程方案的可靠性，有效的縮短方案制定周期。