過拉延工藝方法在沖壓件造型開發(fā)中的應(yīng)用

范彬，張興峰，薛王雄，郭航航

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

1 前言

沖壓加工是汽車行業(yè)傳統(tǒng)的工藝方法，雖然新工藝、新材料在汽車行業(yè)的應(yīng)用日新月異，但沖壓加工仍然是白車身制造的基礎(chǔ)。

汽車工業(yè)發(fā)展到今天，汽車外觀造型愈加傾向于給消費(fèi)者帶來更強(qiáng)烈的視覺沖擊，外觀造型更加動(dòng)感、有力，棱線更加明顯，以期傳遞獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念及品牌形象。因此，駕駛室造型設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)應(yīng)的鈑金件圓弧R 角尺寸更小，棱線更加清晰；特別是外覆蓋件的設(shè)計(jì)時(shí)，為保證與外飾件匹配時(shí)的間隙、面差要求更加均勻、美觀，對(duì)圓弧角的大小要求更加苛刻，這就對(duì)沖壓加工提出了更高的要求，使工藝難度進(jìn)一步提升。

2 沖壓件成型開裂的常規(guī)解決方案

我公司在一款新型重卡駕駛室的設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，為保證駕駛整體造型風(fēng)格及側(cè)面造型的美觀度需求，凸顯側(cè)圍外板及側(cè)工具箱匹配處的間隙均勻且尺寸小，將側(cè)圍外板后部拐角處圓弧角設(shè)計(jì)為R=7mm，如圖1 所示。

圖1 側(cè)圍外板后部與工具箱匹配圓弧角

側(cè)圍外板制件整體外形尺寸較大，長(zhǎng)寬尺寸超過2000×1600mm，且局部形狀變化較為劇烈，為保證制件的沖壓成型性，原材料選定為拉延性能較為優(yōu)異的寶鋼超深沖用的冷軋鋼板DC06，材料厚度T=1.0mm。

為保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，我們?cè)诋a(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的同時(shí)開展工藝同步分析，采用CAE 分析軟件Autoform 對(duì)側(cè)圍外板進(jìn)行沖壓成型性分析。CAE 分析結(jié)果顯示后部拐角處存在成型缺陷，Thinning 顯示局部減薄率高達(dá)34%，超過我公司規(guī)定的DC06 材料減薄率最大25%的安全上限，拐角處成型開裂；且分析結(jié)果表明制件表面有藍(lán)色起皺風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域存在，Wrinkling criterion 提示有起皺變厚超過0.022；無法采用單純調(diào)整工藝參數(shù)的方式解決以上問題，分析結(jié)果如下圖2 所示：

圖2 Autoform 分析時(shí)側(cè)圍外板存在開裂及起皺風(fēng)險(xiǎn)

針對(duì)分析結(jié)果常規(guī)的解決辦法就是增大開裂處圓弧角的尺寸，并且在起皺風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域增加特征筋，吸收此處存在堆積趨勢(shì)的材料，消除起皺隱患；更改后的產(chǎn)品數(shù)據(jù)如下圖3 所示：

圖3 圓弧拐角尺寸增大后的產(chǎn)品數(shù)據(jù)

更改后的產(chǎn)品在相同工藝參數(shù)下數(shù)據(jù)繼續(xù)用Autoform進(jìn)行分析驗(yàn)證，圓弧拐角處的開裂得到消除，最大減薄率為20%，增厚起皺的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域范圍減小，且最大增厚量小于0.01mm，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，具體內(nèi)容如下圖4 所示：

圖4 更改后的成型性分析

更改后的數(shù)據(jù)滿足鈑金件成型工藝性要求，但是付出了增大圓弧角尺寸的代價(jià)，導(dǎo)致側(cè)圍外板與側(cè)工具箱及后部外飾件三者之間的局部匹配間隙變大，出現(xiàn)了 俗稱“老鼠洞”的匹配缺陷，嚴(yán)重影響了駕駛室側(cè)面的整體美感，如下圖5所示：

圖5 圓弧增大前后與外飾件的匹配間隙對(duì)比

因此，解決小尺寸圓弧角導(dǎo)致的成型性問題不能單純采用增大圓弧R 尺寸的方式，否則會(huì)引發(fā)匹配間隙不均勻的新問題，徹底解決此類問題就必須采取新的工藝解決方案。

3 過拉延工藝解決方案

過拉延工藝是在原圓角的切點(diǎn)處延伸一定量，做一個(gè)比原拔模角大的側(cè)壁，在該拉延面和側(cè)壁的相交處倒一個(gè)比原圓角大一些的圓角，這樣拉延的時(shí)候就可以保證該部位不開裂，后續(xù)可采用整形工藝使過拉延部位整形到產(chǎn)品要求的形狀。

過拉延的工藝方法可以有效的解決鈑金件沖壓成型時(shí)小圓角及小拔模角導(dǎo)致的開裂問題，能夠保證在原來設(shè)計(jì)圓弧角尺寸不變的前提下順利成型。

方案確定后，側(cè)圍外板的拐角處采用過拉延的工藝方案進(jìn)行成型性分析。做過拉延的工藝補(bǔ)充時(shí)，工藝補(bǔ)充造型可以確保在圓弧角尺寸不變的前提下順利成型；但單純以解決成型開裂為目標(biāo)設(shè)計(jì)的工藝補(bǔ)充造型為在側(cè)圍后部拐角處漲起一個(gè)凸包，采用圓弧過渡，雖然在工具箱閉合狀態(tài)下不可見，但在開啟狀態(tài)下工藝補(bǔ)充造型與產(chǎn)品整體造型不匹配，不美觀，如下圖6 所示：

圖6 單純采用過拉延工藝時(shí)的補(bǔ)充造型

為了保證側(cè)圍的整體外觀及側(cè)工具箱開啟狀態(tài)下的美觀程度，將過拉延工藝補(bǔ)充進(jìn)行造型美化設(shè)計(jì)。結(jié)合側(cè)圍外板與側(cè)工具箱前側(cè)匹配處的外部造型，將側(cè)圍外板與工具箱前后兩側(cè)匹配處的造型進(jìn)行相同設(shè)計(jì)，使之前后形狀基本對(duì)稱，如圖7 所示。

圖7 過拉延工藝補(bǔ)充造型優(yōu)化后的局部產(chǎn)品外形

按照優(yōu)化后的過拉延工藝補(bǔ)充造型采用Autoform 進(jìn)行成型性分析，Thinning 顯示圓弧角處的減薄率為18%左右，滿足材料的減薄率要求；Wrinkling criterion 顯示局部有起皺趨勢(shì)，但是增厚在0.005 左右，滿足成型區(qū)域增厚＜0.02 的控制標(biāo)準(zhǔn)。

側(cè)圍外板的整體CAE 分析結(jié)果顯示，優(yōu)化過拉延的工藝補(bǔ)充造型后，在保證制件圓弧角尺寸不變的前提下，制件成型結(jié)果良好，如下圖8 所示：

圖8 過拉延工藝補(bǔ)充造型優(yōu)化后CAE 分析結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

在解決沖壓件成型開裂問題的時(shí)候，除了通常采用的增大R 角及拔模角的方法外，還可以采用過拉延的工藝方案。

采用過拉延的工藝方案的同時(shí)，考慮優(yōu)化工藝補(bǔ)充的特征造型，使過拉延的工藝補(bǔ)充造型和鈑金件的整體造型保持協(xié)調(diào)一致，這樣既能在保證設(shè)計(jì)圓弧角尺寸不變的前提下順利成型，又能滿足鈑金件的造型需求；特別是在解決具有匹配需求的外觀件成型開裂問題時(shí)，效果更為明顯；以期此方法為沖壓工藝師及產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提供了類似問題解決的新思路。