外覆蓋件轉(zhuǎn)角翻邊問題探討

吳雄偉，蔣 吉，吳志兵，謝國文，李釗文，楊 建

（廣州汽車集團股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

0 引言

外覆蓋件作為白車身的重要組成部分，其制造品質(zhì)對整車影響較大。部分外覆蓋件翻邊法蘭無塑件包裹，電泳油漆或連接工藝搭接裝配件后常作為A級或B級面存在，對其外觀影響較大?，F(xiàn)以某外覆蓋件外露轉(zhuǎn)角為研究對象，基于AutoForm分析軟件，構(gòu)建工藝模型進行仿真分析，在CAE工藝模型的基礎(chǔ)上，實物試制驗證并持續(xù)量產(chǎn)，基于分析驗證結(jié)果，給出零件設(shè)計約束，為后續(xù)其他車型轉(zhuǎn)角設(shè)計提供參考。

1 零件結(jié)構(gòu)

某外覆蓋件轉(zhuǎn)角壓縮類翻邊結(jié)構(gòu)如圖1所示，外表面夾角為137°，翻邊高度為8～12 mm，圓角為R30 mm，翻邊夾角為105°。

圖1 覆蓋件轉(zhuǎn)角壓縮類翻邊結(jié)構(gòu)

壓縮類翻邊結(jié)構(gòu)成形過程中易產(chǎn)生材料堆疊 起皺現(xiàn)象，受裝配件搭接約束，翻邊型面平面度要求較高，因此給工藝設(shè)計帶來較大難度。覆蓋件翻邊結(jié)構(gòu)如圖2所示，為伸長類翻邊，外觀面夾角、轉(zhuǎn)角圓角及翻邊面夾角與壓縮類數(shù)值一致。伸長類翻邊因圓角小，容易產(chǎn)生翻邊缺料引起零件開裂。

圖2 覆蓋件轉(zhuǎn)角伸長類翻邊結(jié)構(gòu)

2 工藝分析

為保證法蘭面品質(zhì)及R角的光順性，零件采用正翻邊工藝。

2.1 常規(guī)翻邊

常規(guī)翻邊方案如圖3所示，左側(cè)為拉深工藝補充形式，右側(cè)為正翻邊刀塊刃入截面形式。為保證圓角的光順性，一般工序①拉深時，先成形圓角的一半，后工序再翻邊到位，常用于伸長類翻邊。

圖3 常規(guī)翻邊截面

2.2 夾料翻邊

為保證零件轉(zhuǎn)角位置翻邊面的平面度，也可選擇夾料翻邊，截面如圖4所示。圓角翻邊過程中，四周材料容易失穩(wěn)起皺。增加壓板夾持，抑制材料失穩(wěn)，可以使材料呈雙向拉伸趨勢，改善成形品質(zhì)，通常應(yīng)用在壓縮類翻邊結(jié)構(gòu)中。

圖4 夾料翻邊截面

2.3 CAE仿真分析

基于上述工藝方案，進行CAE模型仿真分析。材料采用外覆蓋件常用的DC53+ZF，材料參數(shù)模型如圖5所示，網(wǎng)格劃分及參數(shù)設(shè)置如表1所示。

圖5 材料參數(shù)模型

表1 網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置

完成工藝模型創(chuàng)建及網(wǎng)格劃分設(shè)置后，提交計算，完成仿真分析，壓縮類翻邊結(jié)構(gòu)方案分析結(jié)果如圖6所示。圖6中淺色為成形充分；灰色為成形不充分，深色為成形增厚。

從圖6可以看出，壓縮類夾料翻邊仿真結(jié)果在淺色成形充分區(qū)域的長度比常規(guī)翻邊的長度長，增加的夾料壓板給自由狀態(tài)的板料施加一個抵抗壓縮變形的力，使轉(zhuǎn)角位置成形更加充分。

圖6 壓縮類翻邊CAE分析

伸長類翻邊分析結(jié)果如圖7所示，常規(guī)翻邊減薄率最大為9.3%，夾料翻邊減薄率最大為16.5%，伸長類翻邊板料成形變形充分，因此常規(guī)翻邊材料減薄率比夾料翻邊減薄率小，在伸長類翻邊結(jié)構(gòu)下，轉(zhuǎn)角翻邊相同位置夾料翻邊比常規(guī)翻邊減薄率高5%～7%，翻邊型面較為平整，2種工藝形式均可以滿足成形品質(zhì)需求。

圖7 伸長類翻邊CAE云圖

2.4 變量模型搭建

為了進一步驗證零件設(shè)計約束，構(gòu)建不同的翻邊圓角、翻邊高度及夾角模型進行常規(guī)翻邊方案仿真分析，分析結(jié)果如表2所示。表2中淺色為成形充分區(qū)域；深色為成形不充分區(qū)域。

從表2可看出，不同條件下的壓縮類翻邊，CAE成形狀態(tài)存在一定差異，主要體現(xiàn)為邊部拉深不充分，有可能影響零件的成形品質(zhì)，需開模取樣評估。從表2還可以看出，不同零件結(jié)構(gòu)條件下的伸長類翻邊，成形較好，無開裂起皺風險。

3 生產(chǎn)驗證

綜合考慮軟件精確度、成本、生產(chǎn)周期后，實物驗證主要搭載當前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)夾料翻邊R30 mm、常規(guī)翻邊R30、R20 mm的實物狀態(tài)。

3.1 模具結(jié)構(gòu)

依據(jù)工藝方案，設(shè)計拐角R30 mm夾料翻邊模具結(jié)構(gòu)，如圖8所示，保證前期分析方案與實際制造方案的一致性。常規(guī)翻邊R20、R30、R40 mm變圓角及變角度模具結(jié)構(gòu)如圖9所示，結(jié)構(gòu)變化區(qū)域主要通過鑲件實現(xiàn)，不同的零件局部結(jié)構(gòu)成形對應(yīng)不同的鑲件，后續(xù)通過更換鑲件實現(xiàn)變量調(diào)試取樣。

圖8 夾料翻邊模具結(jié)構(gòu)

圖9 常規(guī)翻邊鑲件結(jié)構(gòu)

3.2 現(xiàn)場取樣驗證

以CAE仿真工藝參數(shù)為參考，上壓板依靠氮氣缸提供壓力源。因翻邊局部造型變化，對壓板影響不大，可認為是不變量。采用機械壓力機及量產(chǎn)恒定，確保驗證結(jié)果的準確性，翻邊工藝方案不同，零件實際取樣結(jié)果如圖10所示。

圖10 不同翻邊工藝方案實物取樣結(jié)果

綜合圖10實物結(jié)果及表2的CAE分析結(jié)果可以看出，翻邊成形分析與實物取樣結(jié)果基本一致。成形不充分區(qū)域在FLD云圖中顯示為深色，實物取樣有可見皺褶，品質(zhì)不良。壓縮拐角夾料翻邊比常規(guī)翻邊方案尾部皺褶區(qū)域短，成形品質(zhì)更好。調(diào)整常規(guī)翻邊工藝，模具零件間采用負間隙，強壓壓平端部，可使常規(guī)翻邊與夾料翻邊同等品質(zhì)，但長時間使用，對模具零件損傷較大，不利于保養(yǎng)。壓縮類不同圓角及夾角，零件取樣結(jié)果如圖11所示。

圖11 工序④壓料板閉合時圓角發(fā)生變形

圖11 壓縮類零件取樣結(jié)果

伸長類不同圓角及夾角，零件取樣結(jié)果如圖12所示，對比R20、R40 mm及變夾角常規(guī)翻邊結(jié)果，成形品質(zhì)基本一致。

圖12 伸長類零件取樣結(jié)果

伸長類翻邊不同工藝方案對比如圖13所示，主要對比R30 mm夾料翻邊及常規(guī)翻邊的結(jié)果。綜合CAE及實物取樣結(jié)果，翻邊無開裂及起皺等現(xiàn)象，零件品質(zhì)較好。經(jīng)過多輪CAE對比，針對壓縮類轉(zhuǎn)角翻邊，依照表3所示翻邊角度、高度、夾角選取，可解決轉(zhuǎn)角起皺問題，滿足生產(chǎn)需求。

表3 壓縮類轉(zhuǎn)角翻邊參數(shù)選取

圖13 不同翻邊工藝方案實物取樣結(jié)果

4 結(jié)束語

通過CAE及實物驗證對比分析，論述某外覆蓋件拐角采取不同翻邊工藝方案得到零件的成形狀態(tài)，結(jié)論如下。

（1）針對壓縮類轉(zhuǎn)角翻邊，優(yōu)先考慮夾料翻邊，其次考慮負間隙夾角翻邊，常規(guī)無壓料翻邊1個料厚的模具零件間隙，無法滿足轉(zhuǎn)角翻邊生產(chǎn)需求。

（2）在滿足壓縮類轉(zhuǎn)角翻邊品質(zhì)條件下，相同位置的伸長類翻邊裝配件，成形品質(zhì)無風險。對伸長類翻邊零件，建議優(yōu)先考慮常規(guī)翻邊方案，不采用夾料翻邊。