縱梁前端加強(qiáng)板成形仿真及缺陷處理

高 飛，張 曄，王 帆

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 引言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)的競爭日益激烈，新車型的開發(fā)時(shí)間越來越短，同時(shí)對制件的質(zhì)量要求也是越來越高。汽車沖壓模成形工藝方案的選擇至關(guān)重要，不合理的成形工藝方案不僅會(huì)增加生產(chǎn)準(zhǔn)備成本，而且會(huì)影響到最終制件的成形質(zhì)量，因此，模具成形工藝方案的確定是模具設(shè)計(jì)制造的首要關(guān)注點(diǎn)，它是一切后續(xù)工作開展的基礎(chǔ)。本文以某車型縱梁前端加強(qiáng)板為研究對象，排布工藝方案，基于Autoform 分析軟件，建立成形模型。對拉伸出現(xiàn)的開裂缺陷進(jìn)行重點(diǎn)分析，提出最佳解決方案。

2 制件特點(diǎn)

此制件為內(nèi)板件，外形如圖1 所示，材料為汽車覆蓋件常用材料B210P1，料厚為1.2mm，外形尺寸為455×355×40mm，該制件為左、右對稱件。制件一側(cè)有翻邊，考慮翻邊受力平衡，采用左、右對稱兩件連體成形，制件外形不規(guī)則，以拉伸為主要成形方式。

圖1 制件圖

3 制件成形工藝設(shè)計(jì)

此制件為左、右對稱件，形狀較復(fù)雜且存在單側(cè)翻邊，經(jīng)過對制件進(jìn)行分析，依據(jù)制件形狀特點(diǎn)及成形精度要求，選擇平均法向?yàn)闆_壓方向，初步確定成形工藝方案為：第一工序拉伸，第二工序修邊沖孔，第三工序剖切沖孔，第四工序翻邊，共4工序完成沖壓成形。以小翻邊面展開為中間連接部分，翻邊展開料尺寸最小位置加10mm的修邊線余量。

3.1 拉伸壓料面設(shè)計(jì)

拉伸壓料面一般要設(shè)計(jì)為大致隨形，對材料進(jìn)行預(yù)成形，在Autoform 中壓料面的設(shè)計(jì)通常有4 種方法：①斷面線法，通常采用斷面線法能夠很好地實(shí)現(xiàn)隨形預(yù)成形；②蝴蝶面法，應(yīng)用在一些比較復(fù)雜的制件，根據(jù)成形要求在某個(gè)角部需要折一個(gè)異曲率的面；③壓料面法，運(yùn)用在一些制件法蘭面可以直接應(yīng)用，作為拉伸成形的壓料面使用；④修剪制件法，主要針對的是一些制件的高度較大，需將制件局部進(jìn)行修剪，降低成形高度。按照制件形狀特征，該制件適用斷面線法。

在拉伸壓料面設(shè)計(jì)前，先要進(jìn)行制件外部光順填充，初始選擇自動(dòng)填補(bǔ)，這種填充效果在后續(xù)成形過程中并不理想，需要做細(xì)化處理，選取線條的端點(diǎn)移動(dòng)，線條的端點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)與選取的邊界相切。刪除多余的點(diǎn)，僅留一個(gè)點(diǎn)作直角拐點(diǎn)用，做成平直線，用于后續(xù)中間補(bǔ)充順暢。同理方法完成其余各處的外周補(bǔ)充，填充內(nèi)部空洞，兩件連體，完成中間補(bǔ)充，結(jié)果如圖2所示。

圖2 拉伸壓料面設(shè)計(jì)效果圖

3.2 工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)

工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)參數(shù)分別為上凹模圓弧為R10mm，下入?？趫A弧為R8mm，拔模角度為8°，如圖3 所示。凹陷區(qū)域盡量做高，局部內(nèi)凹坑包進(jìn)行優(yōu)化處理，設(shè)置成與高位一致平齊的形狀，有利于拉伸成形。在工藝補(bǔ)充面完成之后，進(jìn)行翻邊展開，顯示翻邊展開線的位置，便于在模擬仿真前對修邊余量的檢查，拉伸模型如圖4所示。

圖3 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

圖4 拉伸模型圖

4 仿真模擬

仿真模擬首先進(jìn)行生產(chǎn)線的設(shè)置，主要有工具體的基準(zhǔn)面、工序沖壓行程等，完成拉伸、修邊沖孔、剖切沖孔、翻邊各個(gè)工序的仿真工具體設(shè)置。

4.1 拉伸工具體模型

采用單動(dòng)拉伸成形，工具體特點(diǎn)是上滑塊帶動(dòng)上凹模，下工作臺(tái)設(shè)置有壓邊圈和下凸模。運(yùn)動(dòng)過程中下壓邊圈首先抬起一定距離，高于下凸模頂面10mm，保證與上凹模首先壓料，壓住料后一起下行，實(shí)現(xiàn)凸凹模逐步成形。壓邊圈是控制受力狀態(tài)，行程設(shè)置為350mm，力設(shè)置為3MPa，采用自適應(yīng)力，如圖5所示。

圖5 拉伸工具體模型

4.2 修邊沖孔工具體模型

修邊沖孔序選擇投影方向，按照模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分塊原則，進(jìn)行分塊修邊、沖孔、剖切工藝設(shè)計(jì)，該件修邊線較為復(fù)雜，工藝設(shè)計(jì)主要考慮廢料的取料方式，確定分兩工序完成修邊、沖孔、剖切，如圖6所示。

圖6 修邊沖孔工具體模型

4.3 翻邊工具體模型

該工序?qū)⒅萍膫?cè)翻邊部分側(cè)翻到位，翻邊角度接近90°，工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)是翻邊鑲塊R角處的處理，以便消除R角處的壓痕。上模壓料芯先下行壓料，上翻邊鑲塊與下模鑲塊互相作用，實(shí)現(xiàn)翻邊成形。上模壓料芯為控制受力狀態(tài)，先下行壓料，行程設(shè)置為300mm，坯料由翻邊下模型面定位，成形時(shí)翻邊上模與翻邊下模相互作用，左右件同時(shí)成形。翻邊結(jié)束后，頂料汽缸頂起制件，取出制件，翻邊工序結(jié)束，最終制件成形，如圖7所示。

圖7 翻邊工具體模型

5 運(yùn)算分析

設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，在運(yùn)算分析時(shí)，開裂、起皺較為嚴(yán)重，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示成形不充分。首先選擇加大坯料尺寸，重新模擬，成形結(jié)果改善不明顯。為進(jìn)一步提升成形質(zhì)量，選擇圓形拉伸筋并不斷完善，逐步設(shè)置變系數(shù)拉伸筋，如圖8所示。通過變筋模擬成形分析可以看出，該成形結(jié)果有較為明顯的改善，但局部依然存在開裂區(qū)域，需要分區(qū)域逐項(xiàng)解讀，如圖9所示。

圖8 變筋拉伸筋

圖9 變筋拉伸模擬結(jié)果

5.1 開裂解決措施

針對開裂問題，按照開裂的不同區(qū)域，可以采取3種解決方案：①根據(jù)制件存在兩個(gè)大的長圓孔的特點(diǎn)，設(shè)置破料刀，給側(cè)壁處提供進(jìn)料，到底前15mm 開始刺破，如圖10所示，模擬結(jié)果顯示增加破料刀后，解決了局部區(qū)域開裂的問題；②在開裂部位設(shè)計(jì)儲(chǔ)料包，后序整形。對于成形開裂位于中間部位需增加儲(chǔ)料包，設(shè)置兩個(gè)儲(chǔ)料包后模擬開裂消除，如圖11所示；③對于開裂位置位于初始走料部位，且此區(qū)域位于制件外緣，后序整形工序材料變形不受限，采用加大R角、增大拔模角的方式消除開裂，如圖12所示。

圖10 破料刀設(shè)置

圖11 儲(chǔ)料包設(shè)置

圖12 R角/拔模角設(shè)置

5.2 回彈分析

基于前面的工藝設(shè)計(jì)及仿真模擬，進(jìn)行翻邊整形工序后回彈分析，以導(dǎo)入的工具體為參考對象，回彈約束為自由回彈模式。數(shù)據(jù)分析顯示，回彈數(shù)值在-0.5～+0.5mm 范圍內(nèi)，汽車沖壓件回彈結(jié)果控制在此范圍內(nèi)，無需進(jìn)行回彈補(bǔ)償，如圖13所示。

通過工藝設(shè)計(jì)及仿真模擬，最終確定工藝成形方案：第一工序拉伸，第二工序修邊沖孔，第三工序剖切沖孔，第四工序翻邊，如圖14所示。

圖14 成形工藝

6 模具及材料要求

該制件共開發(fā)4副模具，分別為：拉伸模、修邊沖孔模、剖切沖孔模、翻邊模。模具材料均選用沖壓模具常用材料，拉伸模上模、下凸模、壓邊圈采用MoCr鑄造，表面淬火硬度48～52HRC；修邊沖孔模上模座、下模座、退料板采用HT300 鑄造，修邊上模、修邊下模、廢料刀采用火焰淬火鋼7CrSiMnMoV，淬火硬度58～62HRC；翻邊模上模座、下模座同樣采用HT300 鑄造，翻邊上模、翻邊下模、壓料芯采用Cr12MoV 鍛造，淬火硬度56～60HRC。模具制造過程無質(zhì)量異常，拉伸模驗(yàn)證調(diào)試成形順暢，修邊沖孔模出現(xiàn)廢料卡于廢料刀之間不易取出的現(xiàn)象，通過鉗工消除了卡廢料問題，最終沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定，可滿足批量沖壓生產(chǎn)。

7 結(jié)束語

本文基于Autoform 的分析方法，對制件全工序成形過程分析提供可靠的預(yù)模擬方案。實(shí)踐證明，該制件沖壓工藝方案確實(shí)可靠，能夠滿足制件的生產(chǎn)需要，降低了模具開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)及制造成本，縮短了模具的開發(fā)周期。同時(shí)通過分析總結(jié)出了開裂的3種解決方案，分別為設(shè)置破料刀、儲(chǔ)料包、加大R 角增大拔模角，為以后此類制件的模具開發(fā)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。