汽車壓合件外板展開尺寸的近似計算

吳國輝，崔志軍，馬殿一，尹 成，吳建飛

（一汽-大眾汽車有限公司，吉林長春130011）

1 引言

在汽車白車身生產(chǎn)中，合格的沖壓件質(zhì)量是總成質(zhì)量的保證，發(fā)動機罩、行李箱蓋和車門等壓合件更是如此。在規(guī)劃沖壓外板單件的生產(chǎn)工藝時，要根據(jù)壓合總成的制件數(shù)模，設(shè)計出壓合前的外板展開數(shù)模，在這個過程中，涉及到翻邊角度和壓合損失的設(shè)定以及展開翻邊長度的計算等內(nèi)容。本文所討論的是根據(jù)壓合后制件尺寸計算外板展開尺寸的方法。

2 中性層及其位置計算方法

在壓合過程中，外板的立面（通常稱為翻邊）有一個彎曲和翻轉(zhuǎn)的過程，其外層受拉伸，內(nèi)層受擠壓，在其斷面上有一個既未拉伸，又不擠壓的層，即該層在壓合前后長度變化等于零，這個層稱為材料的中性層（更嚴格意義上叫“應(yīng)變中性層”[1]）。這個中性層是計算外板展開翻邊尺寸的基準（見圖1）。

圖1 中性層

在生產(chǎn)中通常用經(jīng)驗公式確定中性層位置，即中性層半徑按如下公式計算[2]：

式中ρε——中性層半徑

r——彎曲內(nèi)圓角半徑

X——中性層位移系數(shù)，與r/t的值有關(guān)，可通過相關(guān)資料查得

t——材料厚度

3 壓合件外板的展開尺寸計算

在汽車壓合件工藝規(guī)劃時，要根據(jù)壓合后的制件數(shù)據(jù)，設(shè)計出壓合前的外板展開數(shù)模。其中的一項工作是由壓合后的翻邊尺寸，以及相關(guān)工藝參數(shù)的設(shè)定，計算出壓合前的翻邊尺寸。按翻邊角度大小分為兩種情形討論：

（1）翻邊角度α≥90°時的計算方法。

汽車壓合件生產(chǎn)中最常見的壓合結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

根據(jù)彎曲前后中性層長度不變，可得：

式中L1·壓合后——外板壓合后中性層上的圓弧長度

α——翻邊角度，根據(jù)制件狀態(tài)及壓合工藝、沖壓工藝確定，在這里α≥90°

Fv——壓合損失，根據(jù)行業(yè)標準對壓合損失Fv的定義[3]，當翻邊角度 α≥90°時的壓合損失Fv如圖2所示，其值在設(shè)計時根據(jù)制件狀態(tài)及壓合經(jīng)驗設(shè)定

L2·壓合前——外板型壓合前中性層上的圓弧長度

L3·壓合前——外板壓合前（翻邊部分）中性層上的直線段長度

將（3）～（6）代入（2），可以計算出L3·壓合前。

不同的設(shè)計人員對翻邊長度定義可能會有不同。一般制作展開數(shù)模時會用到圖2中的L外的長度，如果將此尺寸定義為翻邊長度，則翻邊長度可按下式計算：

在對零件進行測量時，也可以從外板彎曲部分的內(nèi)側(cè)測量，取圖2中L內(nèi)的近似值：

圖2 汽車壓合件結(jié)構(gòu)形式（翻邊角度＞90°）

（2）翻邊角度α＜90°時的計算方法。

圖3所示是當翻邊角度α＜90°時常見壓合形式示意圖。根據(jù)行業(yè)標準對壓合損失Fv的定義[3]，當翻邊角度α＜90°時，F(xiàn)v如圖3所示。這種情況下：

圖3 汽車壓合件結(jié)構(gòu)形式（翻邊角度＜90°）

其它計算方法與α≥90°時相同。

4 計算舉例

某車型的車門壓合件，內(nèi)板厚度=0.7mm，外板厚度t=0.65mm，涂膠厚度0.1mm，某兩個壓合截面的翻邊角度分別是α=110°和α=60°，壓合損失Fv=0.3mm，壓合重疊長度=5mm，計算此壓合截面位置的展開翻邊長度。

計算過程如下：

（1）α=110°時。

r內(nèi)=（涂膠厚度×2+內(nèi)板厚度）/2=（0.1×2+0.7）/2=0.45mm；r外=r內(nèi)+t=0.45+0.65=1.1mm。

r內(nèi)/t=0.45/0.65=0.69mm，查詢中性層位移系數(shù)X≈0.28mm，根據(jù)中性層長度不變：

5 應(yīng)用

在根據(jù)壓合后的制件數(shù)模制作外板展開模型時，需要知道壓合邊上每個位置的展開翻邊長度。由于每個位置的翻邊角度、壓合損失設(shè)定值以及壓合后重疊長度各不相同，因此一般采取的方法是建立特征截面，在這些特征截面的位置，根據(jù)展開角度、壓合損失及壓合重疊長度計算展開翻邊長度，然后對各個截面之間的翻邊輪廓進行擬合處理。即便如此，計算量也比較大。

可以根據(jù)上述公式建立計算模型，輸入各條件值后自動計算出展開翻邊長度，提高計算效率。也可以對制作展開模型的軟件進行二次開發(fā)，根據(jù)壓合后的制件模型數(shù)據(jù)（如，內(nèi)外板厚度、涂膠厚度、壓合重疊長度）及壓合損失設(shè)定值、展開角度等自動生成展開翻邊的輪廓線，可以很大程度上提高制作外板展開模型的效率。

6 總結(jié)

本文基于汽車壓合件中最常見的壓合形式，在展開角度分別大于等于90°和小于90°情形下，根據(jù)中性層理論及中性層半徑經(jīng)驗公式，并結(jié)合行業(yè)標準中對壓合損失的定義，討論了壓合件外板展開翻邊長度的計算方法。近似認為外板的彎曲半徑在壓合前后保持不變，在式（7）和式（10）中為計算方便采用了近似算法（汽車壓合件翻邊尺寸數(shù)量級下此處誤差很小，約為0.01mm）。一般在沖壓件設(shè)計中翻邊尺寸的公差是±0.5mm，采用上述方法計算出的展開翻邊尺寸能滿足設(shè)計及生產(chǎn)要求。