秦海斌，張 宇，馬延峰

（恒大新能源汽車集團(tuán)天津公司，天津 300301）

0 引 言

汽車產(chǎn)業(yè)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的快速發(fā)展，規(guī)模越來越大，品牌種類也越來越多，消費(fèi)者選擇汽車時(shí)，除了考慮價(jià)格因素外，越來越注重汽車的整體品質(zhì)及細(xì)節(jié)質(zhì)量。對(duì)于目前的鈑金成形工藝，汽車車身上的內(nèi)外覆蓋件大部分采用沖壓成形，由于沖壓工藝排在汽車整車制造四大工藝的首位，沖壓產(chǎn)生的缺陷不僅影響沖壓?jiǎn)渭钠焚|(zhì)，還會(huì)對(duì)后工序的制造工藝產(chǎn)生影響，而且會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

為了保證沖壓零件的使用性能與外觀需求以及某些成形性的需求，沖壓零件或拉深補(bǔ)充造型會(huì)設(shè)計(jì)較深的立壁造型。沖壓成形過程中這些較深的立壁造型位置由于橫向及縱向受力不平衡，容易出現(xiàn)起皺缺陷，影響沖壓零件的外觀質(zhì)量及使用性能，大批量生產(chǎn)時(shí)還會(huì)對(duì)沖模零件造成磨損，影響模具的使用壽命。板料的沖壓成形理論是相通的，現(xiàn)通過建立簡(jiǎn)單的方盒形零件試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?yīng)用Auto-Form軟件進(jìn)行仿真分析，展示具有較深立壁零件的沖壓成形過程，并針對(duì)沖壓成形過程中立壁出現(xiàn)的起皺缺陷，在立壁上增加造型，消除成形時(shí)零件產(chǎn)生的質(zhì)量問題。

1 沖壓零件常見的起皺缺陷及判定方法

起皺的主要原因是坯料在成形過程中由于材料流動(dòng)不均勻、壓力不足等因素引起的厚度方向上的失穩(wěn)，導(dǎo)致產(chǎn)生起皺缺陷。坯料在成形過程中與工具體接觸，接觸狀態(tài)分為2種，即雙面工具體接觸和單面工具體接觸，簡(jiǎn)稱雙面接觸和單面接觸，不論是單面接觸還是雙面接觸，坯料的起皺都是由于受力原因?qū)е虏牧狭鲃?dòng)不均勻引起的。雙面接觸狀態(tài)為壓料區(qū)域坯料的成形狀態(tài)，雙面接觸坯料的起皺主要是由于壓力不足引起，除此之外其他區(qū)域的成形狀態(tài)均為單面接觸，單面接觸按照時(shí)機(jī)又可分為成形過程和成形結(jié)束2種，單面接觸坯料的起皺主要是由于坯料受到的主應(yīng)力和次應(yīng)力不均衡、差異過大導(dǎo)致的。

AutoForm軟件中雙面接觸區(qū)域的起皺可采用表面缺陷高度進(jìn)行判定，判定值規(guī)定在-0.5～+0.5 mm，超過該范圍，可判定為起皺。

單面接觸區(qū)域的起皺，要針對(duì)不同成形階段使用不同的判定方式，需注意的是成形結(jié)束不一定是模具閉合到底，例如翻邊類成形等。成形結(jié)束前1～3 mm，觀察起皺的趨勢(shì)，如果出現(xiàn)明顯的褶皺，則實(shí)際成形到底時(shí)板料會(huì)出現(xiàn)起皺問題，并且不會(huì)被模具零件壓平。AutoForm仿真分析結(jié)果出現(xiàn)此類問題，則需優(yōu)化工藝方案或造型方案，并反復(fù)分析，直到問題得到解決。

AutoForm軟件中，單面接觸區(qū)域成形結(jié)束后板料上的起皺缺陷，可用Potential Wrinkles命令來判定，此判定命令需要在當(dāng)前工序成形結(jié)束后查看，判定值控制在0.03 mm以內(nèi)，如超過該標(biāo)準(zhǔn)值，即可判定為成形零件起皺。

2 創(chuàng)建AutoForm仿真分析試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

（1）創(chuàng)建工具體模型。在3D制圖軟件CATIA中創(chuàng)建方盒形零件工具體的幾何模型，并導(dǎo)入仿真分析軟件AutoForm中進(jìn)行工具體的設(shè)置，方盒形零件的立壁深度為200 mm，立壁拔模角度為7°，初始設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單的單一形狀立壁，如圖1所示。

圖1 方盒形零件工具體試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

（2）創(chuàng)建板料模型。初始板料設(shè)計(jì)成方形板料，尺寸為1 500 mm×1 500 mm×1 mm，材料選用深拉深零件常用材質(zhì)DC06，板料形狀如圖2所示。

圖2 沖壓成形仿真分析板料形狀

（3）在壓料面上將分模線向外擴(kuò)大20 mm作為拉深筋的中心線，設(shè)置直線段位置拉深筋高度為4 mm，拉深筋R角為3 mm。壓邊力1 000 kN，摩擦系數(shù)0.15。

運(yùn)動(dòng)方式為單動(dòng)拉深，模具在壓力機(jī)滑塊的作用下運(yùn)動(dòng)，板料因受到模具零件的作用力而發(fā)生流動(dòng)，并基于模具零件形狀發(fā)生變形，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，得到所需的零件形狀。

3 沖壓成形仿真結(jié)果分析

（1）方盒形零件為單一形狀立壁時(shí)，無論是沖壓成形過程或是沖壓成形到底狀態(tài)，零件的立壁都出現(xiàn)了明顯的波紋，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，如圖3所示。初始狀態(tài)的板料在模具零件和壓力機(jī)滑塊的作用下，材料由外向內(nèi)流動(dòng)，發(fā)生塑性變形，最終變?yōu)榉胶行蔚男螤?。該成形過程中，材料在平行于板料流動(dòng)的方向受拉應(yīng)力的作用，容易開裂，而在垂直于板料流動(dòng)的方向，由于板料由外向內(nèi)的收縮流動(dòng)，板料受壓應(yīng)力的作用，再加上沖壓零件一般形狀不規(guī)則，材料流動(dòng)更不均勻，容易起皺，特別是在外圍立壁位置，如果立壁深度較深時(shí)，壓應(yīng)力的作用比較集中，容易在立壁產(chǎn)生波紋。

圖3 單一形狀立壁方盒形沖壓成形仿真分析

（2）在方盒形工具體立壁中間部位設(shè)計(jì)一個(gè)臺(tái)階造型，寬度為10 mm，臺(tái)階R角半徑為3～5 mm，如圖4所示，實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際情況控制臺(tái)階尺寸。

圖4 帶臺(tái)階方盒形造型

仿真分析結(jié)果如圖5所示，臺(tái)階以上部位波紋消除，由于試驗(yàn)?zāi)Ｐ土⒈谏疃冗^深，臺(tái)階以下至凹?？诓课坏牧⒈诓y仍然存在。

圖5 帶臺(tái)階立壁方盒形沖壓成形仿真分析

（3）鑒于一級(jí)臺(tái)階造型無法徹底消除立壁波紋缺陷，在一級(jí)臺(tái)階與凹?？谥g的立壁中間位置設(shè)計(jì)二級(jí)臺(tái)階，分析結(jié)果表明立壁波紋缺陷基本消除，如圖6所示。在立壁上設(shè)計(jì)臺(tái)階造型可以有效消除沖壓零件立壁上的波紋缺陷，臺(tái)階的間隔及數(shù)量應(yīng)根據(jù)零件的成形狀態(tài)確定，并經(jīng)仿真分析結(jié)果驗(yàn)證。

圖6 二級(jí)臺(tái)階立壁方盒形沖壓成形仿真分析

4 結(jié)束語

通過在沖壓零件的立壁設(shè)計(jì)臺(tái)階造型，材料在沖壓成形過程中流過立壁上的臺(tái)階處與臺(tái)階的R角接觸，避免了成形過程中整個(gè)板料的自由懸空狀態(tài)，減緩周圈壓應(yīng)力的影響，并且斷開了起皺擴(kuò)展的整體趨勢(shì)，可以有效抑制起皺的產(chǎn)生。沖壓成形到底時(shí)，材料在臺(tái)階上的R角位置發(fā)生局部硬化，還能有效增強(qiáng)成形零件的剛度，減少其立壁處的回彈。