某車型側圍D柱下角板沖壓成型問題淺析

李奔全　郭幼清　譚超河

摘 要：采用AUTOFORM軟件對某車型側圍D柱下角板數(shù)模進行成型性有限元分析，預測出3處起皺或開裂風險。為解決D柱下角板成型問題，通過對D柱下角板成型工藝特點進行分析，并結合理論知識對造成D柱下角板成型不良的原因進行了詳細研究;根據(jù)分析結果，通過優(yōu)化產品結構，改善工藝結構，優(yōu)化料片，使D柱下角板在成型過程中材料流動得到改善，提高產品的工藝性;通過CAE模擬再次進行分析驗證，D柱下角板的起皺變量和減薄率均得到明顯改善，通過現(xiàn)場調試優(yōu)化，使D柱3種成型問題得到了解決。

關鍵詞：D柱下角板 起皺 開裂 成型結構 料片 起皺變量 減薄率

1 引言

側圍D柱下角板在車身中屬于結構件，屬于側圍總成零件，其所處搭接位置起到承上啟下的作用。由于四周都有匹配搭接，造型比較復雜，屬于成型難度較大的重要零件，本文簡要介紹了本公司某車型D柱下角板在開發(fā)過程中出現(xiàn)的問題，為后續(xù)D柱下角板的開發(fā)提供參考。

2 零件的工藝分析及成型狀況

2.1 成型工藝分析

在汽車車身結構件中，D柱下角板搭接區(qū)域如圖1所示，零件具有造型較復雜，成型性和尺寸精度要求比較高等特點。本文側圍D柱下角板，材料采用B280VK，料厚1.6mm，零件的外型尺寸為405mmx391mmx111mm，左右件合模的成形方式，采用手工線生產。

D柱下角板的造型極大程度上決定了沖壓成型方案，在產品數(shù)模前期，為保證零件成型質量和尺寸要求，對D柱下角板進行成型工藝分析，因左右件對稱，采用了左右件合拼的成型方式。其OP10成型結構采用常規(guī)壓料+直翻邊形式（圖2），料片直接選用CAE展料料片（圖3），模擬分析完成后成型極限如圖4所示，結合零件變薄分析，成型模擬結果見圖5，有1處開裂風險較大，其減薄率達到34%，開裂風險極高。通過成型和起皺分析，圖6所示位置2和位置3，在成型后這兩處起皺變量為0.303和0.217，結合成型過程（圖7）以及起皺準則判定（結構件起皺值要小于0.08），該兩處在成型過程中處于嚴重起皺的狀態(tài)。

2.2 問題分析

針對D下角板3處位置存在的問題，結合制件自身的造型，對造成各處問題的原因分析如下。位置1處的減薄率過高主要原因是由于料片該處為缺口，根據(jù)缺口敏感性和應力分析（圖8），該處容易產生應力集中點，在翻邊過程中局部材料產生壓縮失穩(wěn)，易于直邊產生開裂現(xiàn)象。而針對位置2和位置3處出現(xiàn)的起皺現(xiàn)象，起皺分析顯示在成型翻邊結束前11mm時，該處已經出現(xiàn)了嚴重起皺的現(xiàn)象，此處造型在X向和Y向都是內凹，翻邊料片又是出于自由狀態(tài)，容易造成該處材料流入較多，而且此時翻邊刀塊和凸模之間的間隙也還沒有貼合接觸，導致這兩處位置產生起皺。

3 優(yōu)化方案

3.1 開裂優(yōu)化

通過開裂問題分析結果，對于料片缺口應力集中導致產品局部開裂現(xiàn)象，料片做如下改善。將料片局部缺口進行補料，改順此處線條，消除缺口帶來的應力集中而失穩(wěn)的影響，采用沖孔工序再進行局部修邊的工藝，剪掉補充的材料，以保證產品邊界尺寸，優(yōu)化料片和局部修邊后，減薄率降到9.6%，滿足開裂減薄率要求（減薄率要求18%以下），開裂問題解決。

3.2 起皺優(yōu)化

通過起皺問題分析結果，對于產品造型引起的起皺位置，通過優(yōu)化成型結構采用夾料翻邊來控制走料。采用圖11所示的成型結構，在下模增加夾料板，成型時在壓料板壓住板料后，上模翻邊刀塊與夾料板接觸，然后一起夾住翻邊料片往成形，在此過程中通過夾料力控制材料流入，對材料自由端進行約束，抑制了材料的失穩(wěn)。由于夾料翻邊造成的產品局部邊界不穩(wěn)定現(xiàn)象，可在后序沖孔工序增加局部切邊解決（見圖12）。成型過程如圖13所示，整個過程中無起鼓褶皺出現(xiàn)，起皺效果明顯改善，起皺變量由0.303降低到0.03。

實際制造生產使用此工藝，最終產品局部無起皺現(xiàn)象，成型質量滿足要求如圖14所示。

4 結語

側圍D柱下角板是車身結構件中關鍵部件之一，其幾何形狀比較復雜，成型困難。通過傳統(tǒng)成型工藝分析和改進后工藝進行分析，得出以下結論。

（1）采用傳統(tǒng)成型工藝方法，在翻邊過程中D柱下角板局部區(qū)域產生起皺缺陷，同時減薄率偏高，開裂風險極高，產品無法滿足質量要求。

（2）通過優(yōu)化料片缺口，消除缺口應力集中的問題，這樣可以減小減薄率，解決了局部開裂問題。通過采用夾料翻邊工藝，優(yōu)化了材料流動，解決了局部起皺問題，后續(xù)通過在沖孔序增加局部修邊工藝，保證了產品邊界尺寸，產品成型質量滿足要求，對此類零件的沖壓工藝設計和質量優(yōu)化具有一定的參考意義。

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