某車型后門檻加強板沖壓起皺問題分析及優(yōu)化

譚超河，李兵文，唐全敏

（柳州滬信汽車科技有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引 言

后門檻加強板在車身結(jié)構(gòu)中屬于內(nèi)部結(jié)構(gòu)件，位于側(cè)圍門框三角區(qū)域，匹配位置和焊點較多，對側(cè)圍整體結(jié)構(gòu)的剛性也有重要的影響，因此其尺寸精度和表面質(zhì)量有較高的要求?，F(xiàn)基于后門檻加強板在車身結(jié)構(gòu)位置的局限性，在無法更改零件結(jié)構(gòu)的前提下，對沖壓工藝、模具結(jié)構(gòu)、壓力機精度等因素進行深入剖析，采用合理的改進方式，消除零件起皺缺陷，提升零件成形質(zhì)量。

1 后門檻加強板結(jié)構(gòu)及起皺部位

圖1所示為某車型后門檻加強板結(jié)構(gòu)，整體形態(tài)趨近于三角形，靠門框的側(cè)壁和法蘭面受側(cè)圍造型限制設(shè)計成與門框圓弧相似的形狀。整車中后輪罩外板、前護板、門檻外加強板、門檻外加強板支架等中大型結(jié)構(gòu)件均與其搭接，焊點遍布四周翻邊法蘭及內(nèi)部面。按照零件尺寸公差要求，搭接面公差為±0.5 mm，且表面不允許存在褶皺。

后門檻加強板起皺位置如圖2所示，對應(yīng)圖1中方框處。該位置處于后門檻加強板內(nèi)表面搭接區(qū)域，對應(yīng)于側(cè)壁弧面切線交點附近，現(xiàn)場零件起皺特征狀態(tài)明顯，經(jīng)現(xiàn)場多輪調(diào)試起皺問題未得到改善。

圖1 后門檻加強板造型結(jié)構(gòu)

圖2 起皺位置

2 后門檻加強板起皺分析及優(yōu)化

2.1 前期工藝分析

后門檻加強板為乘用車型的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵控制件之一，材料選用高強鋼HC340/590DP，料厚為1.4 mm，外形尺寸為493 mm×440 mm×89 mm。在零件設(shè)計前期，考慮模具開發(fā)的經(jīng)濟性，采用沖壓工藝生產(chǎn)，整體工藝為落料沖孔、成形翻邊、沖孔和側(cè)沖孔，如圖3所示。工藝較為簡單，零件基準面沒有較多的拉深。零件呈倒“幾”字成形，先下翻邊再上翻成形2個法蘭。

采用AutoForm R7.0軟件并結(jié)合設(shè)定工藝對零件進行有限元模擬分析，推算最大成形力。分析結(jié)果如圖4所示，零件成形到底前10、5 mm及到底狀態(tài)均未出現(xiàn)圖2所示的起皺現(xiàn)象，結(jié)合起皺準則和變量分析，起皺變量為0，如圖5所示，沒有起皺風(fēng)險。

圖4 零件到底過程狀態(tài)

圖5 起皺變量無異常

2.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

后門檻加強板模具上壓料結(jié)構(gòu)如圖6所示，選用型號X075-50的氮氣缸，壓料行程為37 mm，共使用6個氮氣缸，單個氮氣缸的壓料力為10.6 kN，計算總上壓料力為63.6 kN。模具下壓料結(jié)構(gòu)如圖7所示，選用型號X1500-75的氮氣缸，壓料行程為64 mm，共使用6個氮氣缸，單個氮氣缸的壓料力為22.8 kN，計算總下壓料力為136.8 kN。使用該壓料機構(gòu)進行模擬分析，結(jié)果如圖8所示，零件成形到底前5 mm出現(xiàn)起皺。

圖6 上壓料結(jié)構(gòu)

圖7 下壓料結(jié)構(gòu)

圖8 零件成形到底前5 mm起皺

2.3 壓料力設(shè)計理論分析

通過產(chǎn)品說明書中得知該氮氣彈簧為符合彈力原理，壓料力計算如下：

其中，L為沖裁長度，mm；t為板料厚度，mm；θ為材料的抗拉強度，MPa；K為沖壓系數(shù)。

零件材料為高強鋼HC340/590DP，料厚為1.4 mm，經(jīng)過計算得出下翻邊壓料力理論值約56 kN，上翻邊壓料力理論值約172 kN（零件為倒“幾”字方向成形，下翻邊用的是上壓料力，上翻邊用的是下壓料力）。

3 模具結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化

結(jié)合沖壓工藝特點、理論知識和現(xiàn)場模具結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)前期工藝分析時使用的壓料力是AutoForm軟件系統(tǒng)默認計算的最大壓料力300 kN，壓料力為恒力且偏大。實際模具結(jié)構(gòu)設(shè)計使用的是氮氣彈簧，壓料力呈現(xiàn)指數(shù)分布，最大壓料力為136.8 kN，而理論計算中該后門檻加強板上翻邊所需壓料力約172 kN。由此可見，模具實際壓料力未達到理論所需值，需要對模具結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以增加壓料力。

經(jīng)過與模具設(shè)計工程師討論，同時考慮經(jīng)濟性原則，下翻邊理論壓料力與實際差異僅7.6 kN，可以保留現(xiàn)狀；上翻邊壓料力與理論差異較大，相差35.2 kN，且上翻邊壓料力為該零件的主要成形力，所以需要在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上將下壓料機構(gòu)增加3個氮氣缸，使下壓料力為205.2 kN≥172 kN。經(jīng)模擬分析，優(yōu)化后零件成形到底前5 mm的狀態(tài)如圖9所示，未出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，起皺變量＜0.03 mm（結(jié)構(gòu)件起皺變量分析預(yù)測判斷標準在0.03 mm以內(nèi)）。模具整改后生產(chǎn)的零件實物如圖10所示，起皺狀態(tài)消失，表面質(zhì)量達到預(yù)期要求。

圖9 優(yōu)化后零件起皺變量

圖10 零件實物

4 結(jié)束語

從沖壓工藝、模具結(jié)構(gòu)及相關(guān)理論等方面剖析后門檻加強板起皺問題，其原因為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的壓料力與前期工藝分析具有差異，提出并實施了整改方案，下壓料機構(gòu)增加3個氮氣缸，使下壓料力達到理論所需值。這說明了在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中驗證壓料力的必要性，能縮短后期模具調(diào)試周期。