尤彬波，林 楷，謝國文，楊 建，馬志強(qiáng)，利曉林

隨著消費(fèi)者對汽車品質(zhì)、安全性、舒適性等方面的要求越來越高，汽車鈑金件在生產(chǎn)制造過程中的質(zhì)量控制要求也會變得越來越嚴(yán)格。汽車車身鈑金件沖壓成型常見的缺陷有11類[1]：拉裂或暗裂、疊料、波浪、拉毛、變形、飛邊、缺料、尺寸不符、坑、包以及壓傷。利用計(jì)算模擬方法進(jìn)行汽車覆蓋件的沖壓成形仿真，可以有效地提高沖壓件成形的質(zhì)量，從而縮短周期，降低開發(fā)成本[2]。本文利用CAE分析軟件AutoForm對機(jī)蓋內(nèi)板進(jìn)行沖壓仿真分析研究，對其鉸鏈處產(chǎn)品尖點(diǎn)可能出現(xiàn)的開裂缺陷及解決方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 工藝分析及有限元模型的建立

1.1 機(jī)蓋內(nèi)板工藝性分析

圖1所示為某汽車機(jī)蓋內(nèi)板三維零件結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品尺寸為1 675 mm×1 140 mm×230 mm。由于受到鉸鏈安裝位置和機(jī)蓋外板棱線圓角大小的約束，導(dǎo)致產(chǎn)品鉸鏈處側(cè)壁A拔模角度和圓角B較小以及側(cè)壁A深度較深而形成尖點(diǎn)C，成形易開裂。該零件的工藝方案采用4工序，工序內(nèi)容為：拉延、修邊側(cè)修邊沖孔、修邊側(cè)修邊沖孔、沖孔整形。

圖1 某車型機(jī)蓋內(nèi)板三維零件結(jié)構(gòu)

1.2 有限元模型建立

該零件使用材料為DC54D+ZF，料厚為0.7 mm。此材料力學(xué)性能如表1所示。

表1 DC54D+ZF板材的力學(xué)性能

產(chǎn)品沖壓方向的確定對產(chǎn)品的成形性以及后序工藝排布有很大影響，根據(jù)最小拉延深度、機(jī)床設(shè)備允許旋轉(zhuǎn)角度以及后序沖孔方向等方面綜合考慮，確定該機(jī)蓋內(nèi)板沖壓方向?yàn)閆向旋轉(zhuǎn)8°，如圖2所示。

圖2 機(jī)蓋內(nèi)板沖壓方向

工藝補(bǔ)充面是為了能夠拉延成形，在產(chǎn)品上添加的一部分材料，在后序需作為廢料部分切除。其合理設(shè)計(jì)可以有效提高產(chǎn)品成形質(zhì)量和材料利用率。而壓料面是工藝補(bǔ)充的一個重要組成部分，對汽車覆蓋件的拉延成形起著重要作用[3]。壓料面的設(shè)計(jì)應(yīng)該光滑平順，保證在凹模與壓邊圈閉合過程中不存在起皺，否則皺紋會遺留在覆蓋件表面，造成外觀品質(zhì)缺陷[4]。為了保證機(jī)蓋內(nèi)板的成形質(zhì)量，設(shè)計(jì)好的工藝補(bǔ)充模型如圖3所示。

圖3 機(jī)蓋內(nèi)板工藝補(bǔ)充模型

CAE分析采用AutoForm軟件分析，導(dǎo)入材料參數(shù)，選用EPS-5殼單元、單動拉延方式、壓邊力為1 200 kN、摩擦系數(shù)為0.15和虛擬拉延筋形式進(jìn)行模擬分析。圖4為創(chuàng)建好的CAE分析模型。

圖4 機(jī)蓋內(nèi)板CAE分析模型

2 機(jī)蓋內(nèi)板拉延模擬結(jié)果分析

對坯料形狀和拉延筋作用力進(jìn)行多輪優(yōu)化，得到較優(yōu)的分析結(jié)果，如圖5所示。從圖中可以看到機(jī)蓋內(nèi)板拉延成形后，鉸鏈處尖點(diǎn)減薄率高達(dá)29.3%，超出減薄率不超過22%的安全范圍，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)。其他部位減薄率均在在安全范圍之內(nèi)，無開裂風(fēng)險(xiǎn)，成形性良好。

圖5 機(jī)蓋內(nèi)板拉延成形分析結(jié)果

3 尖點(diǎn)開裂原因分析及解決方法

機(jī)蓋內(nèi)板鉸鏈處圓角和拔模角度較小，深度較深，造成尖點(diǎn)處在拉延成形過程中材料流動困難，受到雙向拉伸且易應(yīng)力集中，導(dǎo)致尖點(diǎn)處過度減薄而超過安全范圍，從而出現(xiàn)開裂情況。尖點(diǎn)處理論應(yīng)變狀態(tài)和減薄率如圖6所示。

圖6 機(jī)蓋內(nèi)板尖點(diǎn)處理論應(yīng)變狀態(tài)和減薄率

3.1 產(chǎn)品優(yōu)化

在不影響機(jī)蓋外板結(jié)構(gòu)的情況下，對尖點(diǎn)處做出局部優(yōu)化，如圖7所示，增加三角斜面結(jié)構(gòu)形式，尖角特征變緩。從CAE分析結(jié)果可以看出，減薄率由29%降低到21.8%，滿足產(chǎn)品減薄要求，尖點(diǎn)開裂問題得到有效解決。

圖7 尖點(diǎn)處產(chǎn)品優(yōu)化及CAE分析結(jié)果

3.2 工藝補(bǔ)充優(yōu)化

優(yōu)化尖點(diǎn)處工藝補(bǔ)充，如圖8所示，增加余肉造型，改善尖點(diǎn)成形過程中的觸料狀態(tài)，從而提高成形性。產(chǎn)品拉延成形結(jié)束后，減薄率降低到21.7%，達(dá)到安全范圍，有效解決尖點(diǎn)開裂問題。

圖8 尖點(diǎn)處工藝補(bǔ)充優(yōu)化及CAE分析結(jié)果

3.3 工藝方案優(yōu)化

優(yōu)化工藝方案，尖點(diǎn)處增加上整形工序。如圖9所示，拉延序尖點(diǎn)處圓角放大，成形后減薄率19.2%，上整形后產(chǎn)品減薄率增加至20.9%，均滿足減薄要求，產(chǎn)品尖點(diǎn)處不會產(chǎn)生開裂，問題得到有效解決。

4 結(jié)論

對機(jī)蓋內(nèi)板鉸鏈處尖點(diǎn)拉延開裂問題原因進(jìn)行分析，認(rèn)為尖點(diǎn)處拉延應(yīng)力易集中、減薄率過大是造成開裂的主要原因。CAE分析結(jié)果表明，從產(chǎn)品、工藝補(bǔ)充和工藝方案三個方面進(jìn)行優(yōu)化，可以有效地降低尖點(diǎn)減薄率，很好地解決機(jī)蓋內(nèi)板鉸鏈處拉延開裂問題，指導(dǎo)沖壓制造調(diào)試，調(diào)試出合格零件，如圖10所示。

圖9 尖點(diǎn)處工藝方案優(yōu)化及CAE分析結(jié)果

圖10 某車型機(jī)蓋內(nèi)板現(xiàn)場圖片

參考文獻(xiàn)：

［1］李少巖，齊寶軍.汽車覆蓋件沖壓成型過程中的常見缺陷及分析［J］.西部交通科技，2009（1）：53-57.

［2］雷正保.汽車覆蓋件沖壓成形CAE技術(shù)［M］.長沙：國防科技大學(xué)出版社，2003.

［3］馬國英，黃彬兵，蘇春建，等.汽車翼子板拉深成形模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.鍛壓技術(shù)，2015，40（3）：21-24.

［4］劉志國.車身覆蓋件沖壓模型面參數(shù)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2011.