一種側(cè)圍外板回彈補償方法研究及應(yīng)用

文／王雙枝，高雙明，楊誼麗·安徽江淮汽車集團股份有限公司

隨著汽車外覆蓋件制造品質(zhì)要求越來越高，對零件回彈的控制需求愈加迫切，國內(nèi)外各大汽車制造廠商及高校學者都對回彈補償問題給予了高度重視，使得近年來板材回彈及回彈補償?shù)母鞣N理論研究得到大幅的發(fā)展，各種板材成形理論、回彈補償方法和技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

理論和實踐表明，準確地預測沖壓件回彈量、高精度的工藝回彈補償、高質(zhì)量的A 面重構(gòu)是實現(xiàn)沖壓件精度控制的有效措施，對于降低沖壓件的制造成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期具有非常重要的意義。本文基于某車型側(cè)圍外板的開發(fā)過程進行回彈補償方法的研究。

零件回彈機理

回彈是材料成形后卸載過程產(chǎn)生的反向彈性變形，是板料沖壓成形過程中存在的一種普遍現(xiàn)象。在彎曲過程中，回彈現(xiàn)象尤為嚴重，對零件的尺寸精度、外觀品質(zhì)產(chǎn)生很大的影響。

金屬材料微觀上呈現(xiàn)多晶體結(jié)構(gòu)，即由大量細小晶粒無規(guī)則地組合而成，而其中每一顆晶粒是金屬原子的有序排列。金屬學研究指出，晶體中主要存在兩種不同的變形機制，一種是彈性機制，它表現(xiàn)為應(yīng)力場作用下金屬原子間距離的改變，這種改變不是永久的，當應(yīng)力場消失時，原子間距將回到正常狀態(tài)，這是金屬材料宏觀彈性變形的根本原因。晶粒的另一種變形機制是滑移機制，它表現(xiàn)為晶粒中相鄰部分間的滑移或錯動，當應(yīng)力場作用下晶粒中相鄰原子間距超過原子間引力場作用范圍，會在某些特定的取向平面上產(chǎn)生滑動，造成晶粒的永久變形，應(yīng)力場消失后滑移變形仍然保留，這是金屬材料宏觀塑性變形的根本原因。晶體滑移變形示意圖如圖1 所示。

圖1 晶體滑移變形示意圖

某車型側(cè)圍外板

側(cè)圍外板是汽車整車外覆蓋件中重要的零件之一，具有形狀復雜、材料薄、外形尺寸大、表面質(zhì)量要求高、成形難度大等特點。往往是整車試制過程中，影響沖壓件品質(zhì)是否能夠按期達標的瓶頸零件。本文介紹的側(cè)圍外板，零件三維尺寸2793mm×1270mm×384mm，材質(zhì)為DC54D+ZF 45/45，料厚為0.65mm，如圖2 所示。

圖2 側(cè)圍外板零件

基礎(chǔ)回彈分析

為了得到精確、可靠的全工序分析文件作為回彈補償?shù)幕A(chǔ)，在進行回彈補償操作前，通過合理地設(shè)置噪音變量，對沖壓工藝進行穩(wěn)健性分析確認，排除因為工藝及材料等噪音因素對回彈結(jié)果分析的影響。

工藝穩(wěn)健性確認滿足要求后，對側(cè)圍外板的基礎(chǔ)回彈進行分析，結(jié)果如圖3 所示。分析結(jié)果表明：A 面區(qū)域回彈量較大的區(qū)域分別是上邊梁后部、尾燈上部、腰線下部中間區(qū)域和輪眉下部。其中：上邊梁后部回彈最大值為+1.074mm，尾燈上部回彈最大值為+2.302mm，腰線下部A 面中間回彈最大值為+1.135mm，輪眉下部回彈最大值為+1.761mm。根據(jù)經(jīng)驗選取A 面回彈評價點進行符合率統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)A 面合格率為68.75%，嚴重超過外板A 面精度質(zhì)量要求，必須進行回彈補償。

圖3 側(cè)圍外板基礎(chǔ)回彈

回彈補償方案設(shè)計

RPS 合理性確認

大型外覆蓋件尺寸大，造型存在面積較大的平緩A 面，所用薄板材質(zhì)較軟，整體剛性較差，易變形，零件定位支撐后受自身重力影響比較大，直接影響零件測量結(jié)果的真實性。因此，判斷定位的合理性為開展回彈補償方案設(shè)計的先決條件。

根據(jù)尺寸分組提供的RPS點位置，使用AUTOFORM軟件進行零件重力分析，通過對側(cè)圍外板原始RPS 點的位置進行優(yōu)化，將檢測過程中的重力影響降低至最低。最終回彈區(qū)域具有一定的整體連續(xù)性，偏置數(shù)據(jù)在±0.5mm 以內(nèi)，且單個夾持力小于等于10N，保證了回彈分析的結(jié)果更接近實際，優(yōu)化后的RPS 點分布及偏置數(shù)值如圖4 所示。

圖4 側(cè)圍外板RPS 合理性評價

回彈補償方案選擇

通過基礎(chǔ)回彈分析，可以看出側(cè)圍上邊梁后部、尾燈上部、腰線下部中間區(qū)域和輪眉下部存在較大的回彈，基于零件復雜程度和造型面質(zhì)量角度考慮，最終側(cè)圍外板采用全工序補償方案。OP10 補償拉延序產(chǎn)生的回彈區(qū)域，OP20 基于OP10 拉延后符型補償，OP30/OP40 部分繼承OP10，并額外增加翻整面區(qū)域補償，其余型面與產(chǎn)品相同。

側(cè)圍外板的具體成形方案：OP10 拉延→OP20 修邊+側(cè)修邊+沖孔+側(cè)沖孔+整形→OP30 修邊+沖孔+翻邊+整形+側(cè)整形→OP40 修邊+側(cè)修邊+沖孔+側(cè)沖孔+翻邊+側(cè)翻邊+整形。結(jié)合成形方案，根據(jù)零件特點將側(cè)圍外板劃分為12 個區(qū)域，在不同工序分別制定不同的補償方案，如區(qū)域1 在OP10 拉延工序進行補償，OP10 繼承進行符型補償；區(qū)域8 僅在OP10 拉延工序進行補償，其他區(qū)域的補償方案如圖5 所示。

圖5 側(cè)圍外板回彈補償方案

回彈補償方案仿真驗證

按照制定的回彈補償方案優(yōu)化各工序模面結(jié)構(gòu)后，CAE 回彈分析結(jié)果如圖6 所示，上邊梁后部回彈最大值由+1.074mm 減小到-0.242mm，尾燈上部回彈最大值由+2.302mm 減小到+0.045mm，腰線下部A 面中間回彈最大值由+1.135 減小到+0.502mm，輪眉下部回彈最大值由+1.761mm 減小到+0.322mm。最終A 面合格率達到97.92%，回彈補償CAE 分析結(jié)果達成預期目標。

圖6 側(cè)圍外板補償后回彈

A 面重構(gòu)及曲面質(zhì)量分析

根據(jù)制定補償策略利用Catia進行A級曲面重構(gòu)，通過不斷優(yōu)化曲面光順系數(shù)以及數(shù)字化變形參數(shù)迭代分析，完成A 面重構(gòu)工作。

由于側(cè)圍外板為整車最為重要的外觀覆蓋件，有較高A 面質(zhì)量要求。所以對重構(gòu)前后A 面質(zhì)量從斑馬線檢查、曲率梳分析、凸凹性三個方面進行曲面質(zhì)量分析，分析結(jié)果如圖7 所示。通過對比分析發(fā)現(xiàn)側(cè)圍外板在補償前后，制件光影跟造型基本一致，重構(gòu)A 面質(zhì)量符合質(zhì)量要求。

圖7 側(cè)圍外板重構(gòu)A 面質(zhì)量檢查

零件實物驗證

零件精度符合性確認

工裝開發(fā)過程中，嚴格控制模具間隙、模具研合狀態(tài)、坯料流入量、調(diào)試參數(shù)等工藝信息接近理論參考值，保證實物回彈補償效果驗證的真實性。

利用藍光掃描對首輪全工序樣件進行掃描回彈補償后A 面精度確認，通過實物藍光掃描云圖分析對比發(fā)現(xiàn)，側(cè)圍外板整體回彈趨勢與CAE 分析狀態(tài)基本一致，整件外觀A 面符合率為93.75%(圖8)，略低于理論值，達到項目指標要求。最終零件A 面精度是否滿足要求，以實際裝車驗證為準。

圖8 側(cè)圍外板藍光掃描結(jié)果

零件外觀符合性確認

側(cè)圍外觀符合性確認，可以將側(cè)圍外板表面涂抹高亮油，放置在專業(yè)模擬圓柱形光源的AUDIT 評審房環(huán)境中，通過檢查零件的斑馬紋，以確認理論與實際審查狀態(tài)是否一致。通過對比分析，實物零件的斑馬紋走向與產(chǎn)品設(shè)計狀態(tài)基本一致(圖9)，滿足產(chǎn)品造型設(shè)計意圖，達成預期效果。

圖9 側(cè)圍外板外觀檢查結(jié)果

結(jié)束語

本文借助Autoform 軟件對某車型側(cè)圍外板進行沖壓仿真分析，基于穩(wěn)定有效的回彈計算結(jié)果，制定合理的回彈補償策略，對不同工序的型面進行關(guān)鍵參數(shù)補償設(shè)置，基于CATIA 軟件對A 面進行重構(gòu)，并進行型面質(zhì)量檢查，合格后進行實物開發(fā)驗證，驗證效果良好，有效降低了零件調(diào)試周期，達成了預期效果，對后期項目側(cè)圍外板開發(fā)具有重要的借鑒意義。