汽車覆蓋件翼子板全型面回彈補(bǔ)償方法應(yīng)用研究

夏燦添，劉志強(qiáng)，黃義關(guān)，馮海群

（廣汽乘用車有限公司，廣東廣州511434）

1 引言

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展，市場上車輛類型越來越多，控制整車的制造成本，是企業(yè)競爭力重要體現(xiàn)，其中白車身的成本就是其中重要部分。覆蓋件翼子板是屬于白車身的一個關(guān)鍵部件，造型復(fù)雜，要獲得高質(zhì)量、穩(wěn)定的制件，不是一件容易的事。目前，由于覆蓋件設(shè)計(jì)制造的特殊性，汽車模具行業(yè)普遍認(rèn)同利用CAE仿真模擬進(jìn)行回彈補(bǔ)償，可以減少后期由于回彈原因造成的模具反復(fù)修改的工作量[1]。借助Autoform軟件進(jìn)行沖壓仿真分析，完成回彈補(bǔ)償方案的驗(yàn)證，并且指導(dǎo)現(xiàn)場模具制造，取得相對滿意的結(jié)果。

2 冷沖壓模具開發(fā)基本流程及回彈補(bǔ)償?shù)闹匾?/h2>

冷沖壓模具開發(fā)基本流程如圖1所示。

圖1 模具開發(fā)基本流程

近幾年，汽車行業(yè)快速發(fā)展，消費(fèi)者對于汽車品質(zhì)的的要求越來越高，所以對于汽車重要外覆蓋件，從模具及工藝上提出更高的要求，希望縮短模具制造周期，降低模具制造成本，同時(shí)也要提升制件質(zhì)量和市場競爭力。其中，回彈是影響汽車覆蓋件質(zhì)量和尺寸的重要因素?；貜検潜“鍥_壓成形過程中不可避免的物理現(xiàn)象，是整個成形歷史的累積效應(yīng)，與模具幾何形狀、材料特性、摩擦接觸、潤滑狀態(tài)等諸多因素密切相關(guān)，回彈問題非常復(fù)雜[2]。所以，若在沖壓模具制造中，先預(yù)測制件回彈，進(jìn)行有效補(bǔ)償，可以避免反復(fù)地修模、試模，從而削減模具生產(chǎn)成本、縮短模具制造周期。制件回彈補(bǔ)償是非常重要和有意義的工作。

3 某車型翼子板介紹

汽車車身的覆蓋件翼子板是汽車外表的覆蓋件，這些制件既要保證強(qiáng)度，又要保證外表美觀、內(nèi)部功能完好，由于整體造型復(fù)雜搭配關(guān)系多，是白車身精度提升關(guān)鍵零件。它的外形尺寸為907×765×191mm，屬于大型汽車覆蓋件，如圖2所示。

圖2 覆蓋件翼子板

本次設(shè)計(jì)制件使用的材料為DC53D+ZF，材料厚度為0.65mm。

根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)特性要求和模具制造成本的客觀因素，4工序成形方案為本次翼子板最終工藝方案，整體工序內(nèi)容為：拉伸?全周側(cè)修邊沖孔?翻邊?翻邊整形沖壓。

沖壓方向?qū)τ谥萍某尚涡院秃蠊ば虻墓に嚪桨冈O(shè)定影響很大，沖壓方向設(shè)計(jì)是指在綜合考慮制件信息、材料、工藝等因素及實(shí)際生產(chǎn)中的各種“非線性”問題的基礎(chǔ)上，完成的沖壓方向設(shè)計(jì)[3]。結(jié)合外覆蓋件翼子板自身特性，綜合考慮沖壓方向時(shí)候，一般結(jié)合制件最小的成形深度，設(shè)備自動化允許工序間的旋轉(zhuǎn)角度差以及棱線的滑移等幾個方面，最終確認(rèn)覆蓋件翼子板沖壓方向?yàn)橹萍方向旋轉(zhuǎn)25°，如圖3所示。

圖3 制件沖壓方向

為了達(dá)成制件內(nèi)部一定塑形變形，讓材料得到?jīng)_壓延展，制件周邊設(shè)定工藝補(bǔ)充面是必要的。同時(shí)多余工藝補(bǔ)充內(nèi)容，會利用后工序，將多余的廢料進(jìn)行切除，最終得到一個合格制件。為了提高制件成形質(zhì)量和過程穩(wěn)定性，檢討得出合理的工藝補(bǔ)充面和最優(yōu)工藝方案是沖壓工藝關(guān)鍵工作[4]。

4 回彈分析

4.1 制件工藝穩(wěn)健性確認(rèn)

對于翼子板進(jìn)行精算分析之前，要明確當(dāng)前工藝方案是否為制件成形最優(yōu)狀態(tài)。用CAE軟件Autoform中的Sigma模塊，通過對屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、r-值、摩擦系數(shù)、壓邊力、材料厚度等參數(shù)的浮動變化進(jìn)行分析，這個浮動范圍一般設(shè)置為±10%，確認(rèn)制件檢查翼子板制件工藝穩(wěn)定性，排除因?yàn)楣に嚰安牧系仍胍粢蛩豙5]。若制件各個參數(shù)稍有變化，回彈結(jié)果產(chǎn)生很大的變化，則說明前面工藝方案和回彈結(jié)果是不可靠的，要進(jìn)行調(diào)整。按照上述參數(shù)設(shè)置后的翼子板穩(wěn)健性分析結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 最大失效的分析結(jié)果

圖5 減薄率的分析結(jié)果

4.2 回彈預(yù)測分析

利用AutoForm軟件分析得到各工序分析結(jié)果，如圖6、圖7、圖8、圖9所示，由于需要分析制件狀態(tài)是否良好，該結(jié)果暫時(shí)沒有考慮檢測支架夾緊點(diǎn)的影響。由此發(fā)現(xiàn)，制件OP10拉伸工序、OP20修邊工序、OP30翻邊工序、OP40沖孔整形工序均有回彈產(chǎn)生，而其中修邊工序，是制件應(yīng)力釋放過程。通過工序件之間的回彈比較，得出制件每道工序由于成形原因，存在不同回彈效果，所以單從某一工序進(jìn)行補(bǔ)償無法解決制件回彈問題，建議采用全型面補(bǔ)償回彈補(bǔ)償方案[6]。

圖6 OP10工序分析結(jié)果

圖7 OP20工序分析結(jié)果

圖8 OP30工序分析結(jié)果

圖9 OP40工序分析結(jié)果

翼子板制件由于輪廓四周都有成形工藝，若直接根據(jù)整車系統(tǒng)定位點(diǎn)RPS進(jìn)行補(bǔ)償[7]，會導(dǎo)致整體補(bǔ)償結(jié)果失真，所以建議選取制件A面回彈量比較小點(diǎn)作為加持點(diǎn)，一般選定4個加持點(diǎn)。選擇夾持點(diǎn)時(shí)候，建議選擇離開法蘭面最近的A面作為基準(zhǔn)點(diǎn)及棱線附近點(diǎn)，此處制件剛度較強(qiáng)，如圖10所示。

圖10 制件加持點(diǎn)

4.3 回彈補(bǔ)償分析

通過各工序件自由回彈的差異分析，明確了翼子板的回彈補(bǔ)償方案。同時(shí)利用在Autoform軟件進(jìn)行補(bǔ)償自動迭代進(jìn)行計(jì)算，建議迭代次數(shù)要控制在二次以內(nèi)。其中補(bǔ)償策略為通過最終回彈結(jié)果對制件全工序進(jìn)行補(bǔ)償，如圖11所示。

圖11 補(bǔ)償策略

最后根據(jù)Autoform回彈分析結(jié)果，將數(shù)值使用三維軟件CATIA進(jìn)行加工模面數(shù)據(jù)處理，制件A面全型面補(bǔ)償，補(bǔ)償量范圍-1.58~+0.82mm，得出結(jié)果如圖12所示。

圖12 制件A面補(bǔ)償量

通過前面補(bǔ)償策略后，為了判斷補(bǔ)償結(jié)果準(zhǔn)確性，按照全工序分析的要求，將回彈補(bǔ)償后的各個工序加工數(shù)模重新導(dǎo)入到Autoform分析軟件中進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，查看各個工序的成形是否達(dá)到要求。最終得到補(bǔ)償效果驗(yàn)證結(jié)果，如圖13所示，整體A面回彈結(jié)果控制在±0.7mm以內(nèi)，是比較好的結(jié)果。

圖13 補(bǔ)償后分析結(jié)果

其中，由于翼子板為整車外觀覆蓋性，有比較高A面質(zhì)量要求。所以對于補(bǔ)償后數(shù)模，務(wù)必進(jìn)行補(bǔ)償前后斑馬線檢查及曲面的凹凸性檢查，保持補(bǔ)償后制件光影跟造型基本一致。如圖14、圖15所示。

（1）斑馬線質(zhì)量驗(yàn)證（Z向）如圖14所示。

圖14 制件斑馬線圖

（2）曲面的凹凸性檢查如圖15所示。

圖15 曲面的凹凸性圖

4.4 現(xiàn)場實(shí)際制件確認(rèn)

檢驗(yàn)?zāi)M分析結(jié)果的準(zhǔn)確性提高，需要現(xiàn)場實(shí)物結(jié)合不斷分析總結(jié)。在制件現(xiàn)場首次成形后，利用藍(lán)光掃描高精度設(shè)備進(jìn)行掃描確認(rèn)，最終獲得制件的三維掃描結(jié)果如圖16、圖17所示。通過制件數(shù)模與掃描結(jié)果對比，制件精度狀態(tài)良好，證明整體回彈補(bǔ)償策略是正確的，其中搭接外觀A面尺寸合格率為90%，除了車輪側(cè)局部超差和局部法蘭面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往項(xiàng)目翼子板首次出件平均精度71%。后期經(jīng)過兩輪精度整改，滿足制件精度要求，大大縮短制件品質(zhì)培育時(shí)間。

圖16 現(xiàn)場實(shí)際制件

圖17 首次出件掃描結(jié)果

5 結(jié)束語

通過某車型覆蓋件翼子板全型面回彈補(bǔ)償分析應(yīng)用研究，應(yīng)用Autoform軟件進(jìn)行的回彈預(yù)測與回彈補(bǔ)償工作，提升制件首件精度，從而達(dá)成制件品質(zhì)提升以及制造成本削減的目的。其中也有預(yù)估不足的地方，只能通過理論與實(shí)際不斷探索，提高制件首次精度，達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前，隨著我國模具行業(yè)不斷發(fā)展，Autoform軟件的不斷應(yīng)用，將有助于國內(nèi)汽車模具行業(yè)良好發(fā)展。