基于模面工程的側(cè)圍外板全工序成形仿真研究*

蔣 磊 李十全 王 龍 王大鵬 張雄飛 沈軍奇

（東風(fēng)本田汽車有限公司新車型中心，湖北 武漢 430056）

汽車覆蓋件沖壓模具開發(fā)難度大、制造周期長(zhǎng)，一般從設(shè)計(jì)開始到最終調(diào)試交付需要12～16個(gè)月，其中，對(duì)于成形工藝的設(shè)計(jì)校核、仿真驗(yàn)證以及穩(wěn)健性優(yōu)化就需要耗費(fèi)2～3個(gè)月。而成形工藝的設(shè)計(jì)又是整個(gè)沖壓模具設(shè)計(jì)的核心，因此，合理的成形工藝是降低沖壓模具開發(fā)難度，縮短沖壓模具制造調(diào)試周期的關(guān)鍵。在眾多汽車覆蓋件中，側(cè)圍外板是產(chǎn)品尺寸最大、形狀最為復(fù)雜、負(fù)角結(jié)構(gòu)最多的零件，同時(shí)，也是成形難度最大、開發(fā)周期最長(zhǎng)、制造成本最高的零件[1?2]。如何實(shí)現(xiàn)側(cè)圍外板成形工藝的快速穩(wěn)健是汽車覆蓋件沖壓模具開發(fā)所面臨的一大難題。

模面工程（die face engineering,DFE）技術(shù)是模具型面設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)技術(shù)。近年來，隨著CAD/CAE協(xié)同技術(shù)在沖壓模具開發(fā)中的廣泛應(yīng)用以及有限元法（finite element method，F(xiàn)EM）的不斷完善，模面工程技術(shù)也日益進(jìn)步。相關(guān)研究表明，運(yùn)用模面工程技術(shù)能夠充分識(shí)別汽車覆蓋件的可制造性問題，并能快速確定成形工藝方案，提高汽車覆蓋件沖壓模具設(shè)計(jì)效率。趙夫超[3]等采用CAE技術(shù)全程驅(qū)動(dòng)制件的模面設(shè)計(jì)，快速制作了側(cè)圍外板的拉延模面，從而獲得了較好的成形仿真效果；侯小剛[4]等通過實(shí)施模面工程技術(shù)，對(duì)側(cè)圍外板的工藝模面進(jìn)行強(qiáng)壓、隆起及凹模型面研配補(bǔ)償?shù)染?xì)化處理，提升了模具的研配質(zhì)量；程鵬[5]等利用正交試驗(yàn)與模面工程相結(jié)合的方式，優(yōu)化了鋁合金機(jī)艙蓋外板工藝模面關(guān)鍵截面參數(shù)，解決了鋁合金機(jī)艙蓋外板拉延開裂和起皺問題；蔣磊[6]等借助CAD與CAE互相回饋的模面工程技術(shù)，基于設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果的響應(yīng)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和成形工藝進(jìn)行同步優(yōu)化，從而在產(chǎn)品開發(fā)前期規(guī)避了相應(yīng)的品質(zhì)不良風(fēng)險(xiǎn)，降低了后期修模工作量和試模次數(shù)。胡玉明[7]等在Dynaform軟件中基于模面工程技術(shù)快速構(gòu)建了鋁合金側(cè)圍外板的工藝模面，并通過拉延筋和坯料線調(diào)整，緩解了鋁合金側(cè)圍外板門洞開裂現(xiàn)象。目前，基于模面工程的汽車覆蓋件成形工藝設(shè)計(jì)流程與方法已經(jīng)基本固化，但在斷面參數(shù)驅(qū)動(dòng)工藝模面智能設(shè)計(jì)方面的研究相對(duì)較少，導(dǎo)致側(cè)圍外板這種高難度的汽車外覆蓋件成形工藝設(shè)計(jì)效率仍然較為低下。

因此，本文以某SUV車型側(cè)圍外板沖壓模具開發(fā)為例，通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行沖壓可行性分析，確定側(cè)圍外板全工序成形工藝方案，在應(yīng)用傳統(tǒng)模面工程技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入基于斷面參數(shù)的定制化設(shè)計(jì)理念，降低沖壓工藝設(shè)計(jì)試錯(cuò)率，取消以往需要在成形仿真軟件中反復(fù)調(diào)整工藝模面的工作，從而為側(cè)圍外板沖壓模具短周期、低成本開發(fā)提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 全工序成形仿真原理

基于模面工程的全工序成形仿真原理主要包括以下步驟：（1）產(chǎn)品工藝性分析，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品各部位進(jìn)行成形區(qū)域劃分，工序內(nèi)容相同或者近似相同的部位歸納至同一成形區(qū)域；（2）工藝模面斷面參數(shù)設(shè)定，利用多車型同類產(chǎn)品工藝模面數(shù)據(jù)提煉各成形區(qū)域典型斷面，并確定斷面參數(shù)取值范圍；（3）拉延序模面設(shè)計(jì)，首先確定沖壓中心和沖壓方向，然后基于斷面參數(shù)分別對(duì)各成形區(qū)域進(jìn)行壓料面、工藝補(bǔ)充面以及拉延筋設(shè)計(jì)，并確定分模線和坯料線；（4）拉延序模面校核，將拉延序模面導(dǎo)入AutoForm軟件，求解驗(yàn)證拉延序工藝可行性，并根據(jù)成形仿真結(jié)果優(yōu)化拉延序工藝模面；（5）后工序模面設(shè)計(jì)，依次為沖壓方向設(shè)定、修邊線展開、廢料刀布局、廢料流向設(shè)計(jì)、翻邊模面設(shè)計(jì)、整形模面設(shè)計(jì)、沖孔設(shè)計(jì)[8]和斜楔角度設(shè)計(jì)等；（6）后工序模面校核，在拉延序成形仿真的基礎(chǔ)上添加后工序有限元模型，求解驗(yàn)證后工序工藝可行性，并根據(jù)成形仿真結(jié)果優(yōu)化后工序工藝模面?；谀Ｃ婀こ痰娜ば虺尚畏抡嬖砣鐖D1所示。

圖1 基于模面工程的全工序成形仿真原理

2 產(chǎn)品工藝性分析

側(cè)圍外板作為車身上最重要的外覆蓋件，與前風(fēng)擋、翼子板、頂蓋、車門、后三角窗、加油口蓋、尾門、尾燈、后保、裙邊飾板以及輪眉飾板等多個(gè)零件存在搭接或配合關(guān)系，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與尺寸精度要求較高[9]。圖2為東風(fēng)本田某SUV車型側(cè)圍外板幾何模型，產(chǎn)品外形尺寸長(zhǎng)、寬、高為2 973 mm×316 mm×1 286 mm，料厚t=0.65 mm，材質(zhì)為JAC270D-45/45，等同于寶鋼DC54D+ZF，屬于一種熱鍍鋅鐵合金鍍層板，合金鍍層中鐵含量通常為8%～15%，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和焊接性能。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)成形區(qū)域進(jìn)行分類，將結(jié)構(gòu)相近和成形工藝相似的區(qū)域統(tǒng)合為一類，從而得到如圖2所示的11個(gè)成形區(qū)域，依次為前風(fēng)擋區(qū)域A、頂蓋區(qū)域B、尾門區(qū)域C、尾燈區(qū)域D、后保區(qū)域E、輪轂區(qū)域F、裙邊與前立柱區(qū)域G、前門區(qū)域H、后門區(qū)域I、三角窗區(qū)域J、加油口區(qū)域K。在這11個(gè)成形區(qū)域中，D區(qū)域?yàn)楹?jiǎn)單翻邊結(jié)構(gòu)，F(xiàn)和G區(qū)域?yàn)槠胀ㄐ捱吔Y(jié)構(gòu)，H、I、J和K區(qū)域?yàn)閱渭冋谓Y(jié)構(gòu)，成形工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，采用常規(guī)的“過拉延+修邊+翻邊+整形”即可完成成形。A、B、C、E區(qū)域存在多級(jí)小圓角臺(tái)階狀的復(fù)雜負(fù)角翻邊結(jié)構(gòu)，需要采用大整形量的過拉延成形工藝，且后工序的側(cè)翻邊、側(cè)整形型面起伏大、成形過程中線長(zhǎng)變化不可控，極易產(chǎn)生開裂或起皺缺陷，工藝設(shè)計(jì)難度較大。分析可知，側(cè)圍外板成形工藝性合理與否主要取決于A、B、C、E這4個(gè)難點(diǎn)區(qū)域，而在全工序成形工藝中，拉延工藝又屬于重中之重。因此，以下分別對(duì)A、B、C、E區(qū)域基于模面工程的斷面參數(shù)的快速確定進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖2 某SUV車型側(cè)圍外板幾何模型

3 工藝模面斷面參數(shù)設(shè)定

3.1 A區(qū)域工藝模面斷面參數(shù)設(shè)定

A區(qū)域由大曲率圓弧A面和多級(jí)臺(tái)階安裝結(jié)構(gòu)面構(gòu)成。A面部分需要在拉延序一次成形到位，安裝結(jié)構(gòu)面為負(fù)角造型，且小圓角特征較多，需要在拉延序先將負(fù)角結(jié)構(gòu)以翻邊線為旋轉(zhuǎn)軸，向外旋轉(zhuǎn)一定角度，并將臺(tái)階面展開，使其在沖壓方向下保持5°～10°的拔模角，然后在后工序利用斜楔機(jī)構(gòu)進(jìn)行一次或多次側(cè)翻邊、側(cè)整形，從而最終獲得與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一致的形狀。車身覆蓋件在拉延成形后一般都會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)縮式回彈，為了避免因拉延件向內(nèi)收縮而導(dǎo)致零件與后工序模具型面干涉，在進(jìn)行拉延工藝模面設(shè)計(jì)時(shí)需設(shè)定1 mm的拉延放大量。綜合考慮材料利用率最大化和模具改修裕度，將修邊線與凸模圓角切點(diǎn)之間的距離設(shè)定為3～5 mm。后工序的側(cè)翻邊、側(cè)整形斜楔機(jī)構(gòu)工作角度和產(chǎn)品安裝結(jié)構(gòu)面的第一、二立壁近似平行，在后工序成形時(shí)，第一、二立壁以及兩立壁之間的臺(tái)階的成形以翻邊為主，其余特征的成形則以整形為主。對(duì)于翻邊而言，為了保證A面和棱線品質(zhì)，在成形過程中原則上不允許發(fā)生拉伸變形，因此，對(duì)于A區(qū)域安裝結(jié)構(gòu)面的第一、二立壁以及兩立壁之間的臺(tái)階在拉延序和翻邊、整形序的截面線長(zhǎng)應(yīng)盡量保持不變，或使拉延序的截面線長(zhǎng)略小于翻邊、整形序的線長(zhǎng)。A區(qū)域工藝模面詳細(xì)結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)圖3所示。

圖3 A區(qū)域工藝模面斷面圖

3.2 B區(qū)域工藝模面斷面參數(shù)設(shè)定

B區(qū)域與A區(qū)域類似，同樣由大曲率圓弧A面與多級(jí)臺(tái)階結(jié)構(gòu)安裝面構(gòu)成，故其工藝模面斷面參數(shù)亦與A區(qū)域大同小異，差異主要集中于二次沖擊線防止方面。由于B區(qū)域負(fù)角法蘭長(zhǎng)度相對(duì)于A區(qū)域較短，成形深度和工藝補(bǔ)充面均少于A區(qū)域，沖擊線更容易流入外觀面。通常解決車身覆蓋件沖擊線的策略為增大成形深度以及設(shè)計(jì)更多的工藝補(bǔ)充面，這種方法雖然在一定程度上可以遏制沖擊線向產(chǎn)品外觀面滑動(dòng)，但是往往會(huì)帶來開裂風(fēng)險(xiǎn)上升和材料利用率降低等其他問題。為了實(shí)現(xiàn)品質(zhì)與成本的平衡，對(duì)于B區(qū)域二次沖擊線的防止，本文提出一種線長(zhǎng)控制法，對(duì)凸模觸料點(diǎn)與工藝補(bǔ)充面第二立壁之間的板料線長(zhǎng)加以控制，使其大于凸模觸料點(diǎn)與翻邊線之間的產(chǎn)品截面線長(zhǎng)，并在此基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)工藝補(bǔ)充面結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)。B區(qū)域工藝模面詳細(xì)結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)圖4所示。

圖4 B區(qū)域工藝模面斷面圖

3.3 C區(qū)域工藝模面斷面參數(shù)設(shè)定

C區(qū)域由大面積曲率較小的A面以及長(zhǎng)法蘭構(gòu)成，拉延成形時(shí)A面部分的變形以拉延應(yīng)變?yōu)橹?，?dāng)負(fù)向應(yīng)變超出臨界值時(shí)即會(huì)導(dǎo)致外觀面產(chǎn)生畸變，從而帶來面品缺陷以及回彈等問題。因此，在設(shè)計(jì)C區(qū)域的拉延工藝模面時(shí)，一方面應(yīng)在不影響材料利用率的前提下適當(dāng)增大拉延深度，以致負(fù)向應(yīng)變的產(chǎn)生；另一方面應(yīng)使工藝補(bǔ)充面盡量貼近產(chǎn)品面，減少后工序整形量，并嚴(yán)格控制翻邊、整形工序的線長(zhǎng)變化，以降低后工序?qū)貜椀倪M(jìn)一步加劇。C區(qū)域工藝模面詳細(xì)結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)圖5所示。

圖5 C區(qū)域工藝模面斷面圖

3.4 E區(qū)域工藝模面斷面參數(shù)設(shè)定

E區(qū)域由小區(qū)率A面和大覆蓋區(qū)域的安裝結(jié)構(gòu)面構(gòu)成，安裝結(jié)構(gòu)面與A面之間通過深度為20～25 mm的負(fù)角立壁以及半徑為R0.5的小圓角翻邊線銜接為一體。由于立壁深度較大、翻邊線圓角較小，在進(jìn)行過拉延設(shè)計(jì)時(shí)必須儲(chǔ)備足夠的材料，以用于后工序整形時(shí)在材料急劇拉伸時(shí)進(jìn)行線長(zhǎng)補(bǔ)充。因此，E區(qū)域的工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)可以考慮設(shè)定半圓型儲(chǔ)料筋，在設(shè)定儲(chǔ)料筋之后工藝補(bǔ)充面截面線長(zhǎng)L0與產(chǎn)品截面線長(zhǎng)L應(yīng)滿足(L?L0)÷L0=3%～6%的等式關(guān)系，以防止工藝補(bǔ)充面線長(zhǎng)過長(zhǎng)在整形工序發(fā)生多料所導(dǎo)致的失穩(wěn)起皺。E區(qū)域工藝模面詳細(xì)結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)圖6所示。

圖6 E區(qū)域工藝模面斷面圖

4 拉延序工藝模面設(shè)計(jì)

CATIA創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)模塊（generative surface design,GSD）擁有非常完整的曲線操作工具和曲面構(gòu)造工具，所構(gòu)造的曲線和曲面最高可達(dá)到G2連續(xù)，因此，十分適合進(jìn)行沖壓工藝模面設(shè)計(jì)。將側(cè)圍外板產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入CATIA軟件的GSD模塊，首先確定沖壓中心和沖壓方向，結(jié)合側(cè)圍外板拉延成形受力狀態(tài)以及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布局需求，確定沖壓中心坐標(biāo)為（X:1 820 mm,Y:?650 mm,Z:570 mm）。在設(shè)定沖壓方向時(shí)，應(yīng)盡量保證產(chǎn)品各區(qū)域無成形負(fù)角[10]，使盡可能多的產(chǎn)品型面能夠一次拉延成形，同時(shí)還需要兼顧滑移線、沖擊線、面畸變等外觀品質(zhì)缺陷，材料利用率的最大化以及后工序工藝可行性。綜合考量，確定該側(cè)圍外板拉延序沖壓方向?yàn)槔@X軸旋轉(zhuǎn)18°。沖壓方向確定之后即可進(jìn)行壓料面設(shè)計(jì)，側(cè)圍外板的壓料面一般以雙曲面或多曲面為主，在滿足產(chǎn)品各部位成形深度均勻一致的情況下進(jìn)行隨形設(shè)計(jì)，壓料面與XY平面的夾角一般以10°～15°為宜，最大不得超過20°，進(jìn)、出料方向兩側(cè)壓料面與XY平面的夾角差異應(yīng)控制在5°以內(nèi)[11]。然后即可展開工藝補(bǔ)充面和拉延筋設(shè)計(jì)，按照上述側(cè)圍外板各區(qū)域工藝補(bǔ)充面截面參數(shù)依次進(jìn)行相應(yīng)的曲面造型設(shè)計(jì)，從而得到連接成一體的完整的工藝補(bǔ)充面，工藝補(bǔ)充面要求達(dá)到G1及以上的曲率連續(xù)。最后是坯料線設(shè)計(jì)，坯料線長(zhǎng)、寬尺寸可按照產(chǎn)品截面線長(zhǎng)的95%～97%再加上拉延成形的材料流入量、殘留量估算得出，并考慮可連續(xù)落料排樣來設(shè)定坯料形狀[12]。最終設(shè)計(jì)完成的側(cè)圍外板拉延序工藝模面如圖7所示。

圖7 側(cè)圍外板拉延序工藝模面

5 拉延序工藝校核

5.1 拉延序成形有限元模型構(gòu)建

先在CATIA軟件中將側(cè)圍外板拉延序工藝模面以IGS格式文件導(dǎo)出，凸模、凹模、壓邊圈、坯料線、沖壓中心、沖壓方向需分別單獨(dú)導(dǎo)出，然后依次導(dǎo)入AutoForm軟件，其中，凸模、凹模、壓邊圈導(dǎo)入至“Tool Surface &Additional Geometries”工作臺(tái)，坯料線和沖壓中心導(dǎo)入至“Curves &Points”工作臺(tái)，沖壓方向?qū)胫痢癈oordinate Systems”工作臺(tái)。之后，即可進(jìn)行工序規(guī)劃、落料規(guī)劃、工具體設(shè)定以及網(wǎng)格劃分，利用AutoForm網(wǎng)格生成器可快速自動(dòng)生產(chǎn)有限元網(wǎng)格模型。再獲得有限元模型之后，還需要對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，主要工藝參數(shù)為：沖壓速度V=235 mm/s，摩擦系數(shù)μ=0.15，壓邊力B.H.F.=2 200 kN，氣墊行程Cs=200 mm，型面附件間隙g=0.1 mm。拉延序有限元模型與成形工藝參數(shù)與圖8所示。

圖8 側(cè)圍外板拉延需有限元模型與成形工藝參數(shù)

5.2 拉延序有限元分析結(jié)果

汽車外覆蓋件成形仿真結(jié)果的主要評(píng)價(jià)項(xiàng)目包括開裂、起皺、剛性、面畸變、沖擊線和滑移線。開裂可以通過成形性進(jìn)行定性評(píng)估，起皺可以通過起皺因子進(jìn)行定量判斷，剛性主要由主應(yīng)變來表征，面畸變可以利用次應(yīng)力和虛擬油石打磨進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。側(cè)圍外板拉延成形仿真結(jié)果評(píng)價(jià)如圖9所示，其中，圖9a～f為側(cè)圍外板從壓邊圈閉合到距離下死點(diǎn)5 mm的變形情況，在整個(gè)拉延成形過程中，制品獲得了充分的塑性變形，且未發(fā)生波紋或起皺等缺陷。圖9g為側(cè)圍外板成形性云圖，所有成形區(qū)域均處于安全限度以內(nèi)，無極限減薄與過度增厚趨勢(shì)，表明制品獲得了良好的成形質(zhì)量。圖9h為側(cè)圍外板起皺因子云圖，最大起皺因子為0.001 6，未超出汽車外覆蓋件起皺因子需小于0.002的判斷標(biāo)準(zhǔn)，說明側(cè)圍外板產(chǎn)生起皺缺陷的風(fēng)險(xiǎn)較低。圖9i為側(cè)圍外板主應(yīng)變?cè)茍D，產(chǎn)品面區(qū)域主應(yīng)變均大于3%，對(duì)于汽車外覆蓋件，當(dāng)主應(yīng)變?cè)?%以上時(shí)，即可認(rèn)為制品具備了足夠的剛性。圖9j為側(cè)圍外板次應(yīng)力云圖，最大次應(yīng)力為1.215 MPa，最下次應(yīng)力為?17.790 MPa；圖9k為側(cè)圍外板虛擬油石打磨云圖，最大面凹為0.069 mm。根據(jù)企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，為抑制面畸變、降低A面發(fā)生凹陷缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，汽車外覆蓋件次應(yīng)力應(yīng)控制在?50～50 MPa，虛擬油石打磨面凹應(yīng)控制在-0.08～+0.08 mm，綜合圖9j、k可知，側(cè)圍外板次應(yīng)力和面凹均符合判斷標(biāo)準(zhǔn)，說明制品發(fā)生面畸變的可能性較小。圖9l為側(cè)圍外板沖擊線和滑移線分析結(jié)果，沖擊線和滑移線均未流入A面區(qū)域，說明沖擊線和滑移線未對(duì)外表面質(zhì)量造成不良影響。

圖9 側(cè)圍外板拉延成形仿真結(jié)果

6 后工序工藝模面設(shè)計(jì)

結(jié)合側(cè)圍外板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、關(guān)鍵成形工藝、沖壓設(shè)備布局以及拉延序成形仿真結(jié)果確定后工序需要三個(gè)步驟方能完成制品的最終成形，工序排布如下：第二道工序?yàn)椤靶捱?側(cè)修邊+整形+沖孔”，記為OP20；第三道工序?yàn)椤胺?側(cè)整形+側(cè)沖孔”，記為OP30；第四道工序?yàn)椤靶捱?側(cè)翻邊+沖孔+側(cè)沖孔”，記為OP40。對(duì)于工序間制品傳遞采用機(jī)器人搬送的汽車覆蓋件，一般要求全工序沖壓中心保持統(tǒng)一，因此，OP20、OP30、OP40沖壓中心仍舊設(shè)定為（X:1 820 mm,Y:?650 mm,Z:570 mm）。綜合考慮工序之間的傳遞可行性、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求確定后工序沖壓方向?yàn)椋篛P20繞X軸旋轉(zhuǎn)12°，OP30繞X軸旋轉(zhuǎn)10°，OP40繞X軸旋轉(zhuǎn)10°。后工序工藝模面設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括修邊線展開、廢料刀布局、廢料流向、翻邊成形面、整形成形面、斜楔擺放角度和工作角度等，設(shè)計(jì)完成的后工序工藝模面如圖10所示。

圖10 側(cè)圍外板后工序工藝模面

7 后工序工藝校核

7.1 后工序成形有限元模型構(gòu)建

以側(cè)圍外板拉延序成形仿真結(jié)果為基礎(chǔ)，繼續(xù)導(dǎo)入后工序工藝模面，然后依次進(jìn)行OP20、OP30、OP40成形有限元模型構(gòu)建，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)修邊刃入量、沖孔刃入量、壓料板行程、壓料力及斜楔行程等工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，得到如圖11所示的后工序成形有限元模型。

圖11 側(cè)圍外板后工序有限元模型

7.2 后工序有限元分析結(jié)果

對(duì)側(cè)圍外板全工序成形有限元模型進(jìn)行求解計(jì)算，得到OP20、OP30、OP40成形仿真結(jié)果分別如圖12a～c所示。由成形仿真結(jié)果可知，側(cè)圍外板各工序在成形過程中均勻變形，并且成形充分，無開裂、起皺等缺陷，說明制品整體成形質(zhì)量良好。

圖12 側(cè)圍外板后工序成形仿真結(jié)果

8 方案驗(yàn)證

以成形性校核通過的全工序沖壓工藝模面為基礎(chǔ)，展開側(cè)圍外板沖壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行模具制造和調(diào)試驗(yàn)證，試模參數(shù)與成形仿真工藝參數(shù)保持一致，從而得到與成形仿真結(jié)果基本吻合的側(cè)圍外板試模樣件，樣件無開裂、起皺、面畸變、沖擊線及滑移線等缺陷，強(qiáng)度、剛度以及面品均達(dá)到了可以批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)試穩(wěn)定的側(cè)圍外板拉延模如圖13a所示，所生產(chǎn)的全工序成形零件如圖13b所示。為了驗(yàn)證側(cè)圍外板零件尺寸精度是否合格，利用檢具和藍(lán)光掃描設(shè)備對(duì)零件進(jìn)行了全型面掃描，得到如圖13c所示的掃描結(jié)果，掃描結(jié)果顯示零件所有區(qū)域尺寸偏差均在±0.5 mm以內(nèi)，滿足側(cè)圍外板尺寸公差要求。

圖13 側(cè)圍外板拉延模與方案驗(yàn)證

9 結(jié)語

（1）運(yùn)用以關(guān)鍵斷面參數(shù)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為核心的模面工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了側(cè)圍外板拉延工藝模面的快速設(shè)計(jì)和全工序成形工藝方案的快速穩(wěn)健，解決了側(cè)圍外板沖壓模具在開發(fā)階段需要不斷修改設(shè)計(jì)以及在調(diào)試階段需要反復(fù)修模的問題。

（2）通過采用先設(shè)計(jì)拉延序工藝模面，并校核驗(yàn)證成形仿真結(jié)果收斂后再進(jìn)行后工序工藝模面設(shè)計(jì)的流程，提高了側(cè)圍外板全工序工藝模面的設(shè)計(jì)效率，改善了拉延序和后工序工藝模面需要疊加修改的弊端。

（3）利用全工序成形仿真結(jié)果指導(dǎo)側(cè)圍外板實(shí)際試模，從而實(shí)現(xiàn)了二者的高度吻合，表面基于模面工程的全工序成形仿真可以有效提高汽車覆蓋件產(chǎn)品質(zhì)量，并能促成沖壓模具的短周期開發(fā)。