文 /肖怡銓?zhuān)搦i·江鈴汽車(chē)零部件有限公司

板材成形CAE技術(shù)解決汽車(chē)覆蓋件成形缺陷

文 /肖怡銓?zhuān)搦i·江鈴汽車(chē)零部件有限公司

汽車(chē)覆蓋件是指由構(gòu)成汽車(chē)車(chē)身和底盤(pán)的薄金屬板制成的異形體表面和內(nèi)部零件，一般采用沖壓工藝制成。但與一般的沖壓件相比，汽車(chē)覆蓋件具有材料薄，形狀復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大等特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的表面質(zhì)量、尺寸形狀、剛性都有特殊的要求。特別是對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求很高，不允許出現(xiàn)破裂、嚴(yán)重變薄、起皺、剛性不足等問(wèn)題。而在傳統(tǒng)上以經(jīng)驗(yàn)為主的設(shè)計(jì)方法，對(duì)于一些形狀復(fù)雜的零件，較難準(zhǔn)確估計(jì)板料成形過(guò)程中是否會(huì)發(fā)生這些問(wèn)題。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)車(chē)身及外觀的審美要求越來(lái)越苛刻，因此為了解決上述質(zhì)量問(wèn)題，借助板材成形CAE分析技術(shù)再結(jié)合模具調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的方法就應(yīng)運(yùn)而生。

本文以工作中實(shí)際出現(xiàn)的某車(chē)型A柱下內(nèi)板在成形過(guò)程中出現(xiàn)疊料開(kāi)裂為例，通過(guò)采用板材成形CAE分析技術(shù)對(duì)原有的工藝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，從而很好地解決疊料開(kāi)裂問(wèn)題。

產(chǎn)品缺陷

A柱下內(nèi)板零件厚度1.4mm，材質(zhì)為B250P1，產(chǎn)品形狀如圖1所示。產(chǎn)品的沖壓工藝為：拉延→切邊沖孔→翻邊整形→切邊沖孔。在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品在拉延工序時(shí)質(zhì)量良好，而在翻邊整形工序時(shí)局部出現(xiàn)嚴(yán)重的疊料開(kāi)裂，如圖2所示。

疊料開(kāi)裂原因分析

圖1A柱下內(nèi)板 圖2局部疊料開(kāi)裂

產(chǎn)品出現(xiàn)疊料開(kāi)裂的部位固定在同一位置，其余部位并未出現(xiàn)，本文從設(shè)備、材質(zhì)和板材成形過(guò)程等方面進(jìn)行分析。

設(shè)備

該產(chǎn)品的翻邊整形工序安排在LDL2-600T1液壓機(jī)上生產(chǎn)，設(shè)備經(jīng)檢查監(jiān)控性能穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)沖壓速度及壓力不穩(wěn)定的情況，產(chǎn)品經(jīng)該設(shè)備加工后會(huì)出現(xiàn)疊料開(kāi)裂問(wèn)題。同時(shí)將該工序臨時(shí)安排在YF27-630T和YT-800P兩臺(tái)液壓機(jī)上生產(chǎn)，疊料開(kāi)裂問(wèn)題仍然出現(xiàn)，故產(chǎn)生疊料開(kāi)裂的問(wèn)題與設(shè)備無(wú)關(guān)。

材料

經(jīng)過(guò)對(duì)板材工藝性能送檢確認(rèn)，其主要物理性能指標(biāo)，如伸長(zhǎng)率、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，為驗(yàn)證所選材質(zhì)是否合適，調(diào)試中另安排伸長(zhǎng)率更好的DC04予以確認(rèn)，產(chǎn)品仍出現(xiàn)疊料開(kāi)裂，所以與材質(zhì)無(wú)關(guān)。

成形

仔細(xì)檢查工序件在翻邊整形前的局部表面，發(fā)現(xiàn)局部有個(gè)工藝過(guò)渡面呈臺(tái)階形。而翻邊整形后，臺(tái)階形變?yōu)槠矫妫▓D3），經(jīng)CAE計(jì)算局部存在多余材料，多余材料約0.63cm3。所以，得出結(jié)論是：在翻邊整形過(guò)程中，多余的材料無(wú)處可去從而造成疊料開(kāi)裂。

圖3翻邊整形前后局部型面對(duì)比

工藝方案制定

從上述原因分析，翻邊整形工序前的多余材料是造成疊料開(kāi)裂的主要原因，因此工藝方案制定的目標(biāo)就是如何消除多余的材料。

圖4增加工藝缺口方案示意圖

方案一：增加工藝缺口。如圖4所示，在翻邊整形工序前的切邊沖孔工序時(shí)將多余的材料去除，從而解決疊料開(kāi)裂問(wèn)題。

方案二：重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的拉延工藝型面，將原有翻邊整形的臺(tái)階形狀的過(guò)渡面改為平面，減少多余材料，從而解決翻邊整形時(shí)的疊料開(kāi)裂。

方案的選擇與實(shí)施

方案一模具改動(dòng)量較少、周期短，只需對(duì)第二道工序中的切邊刃口進(jìn)行修改即可。方案二需要改造兩套模具，周期長(zhǎng)，還要改變拉延模型面，同時(shí)要對(duì)修邊沖孔模的修邊線形狀及位置進(jìn)行調(diào)整。

為驗(yàn)證方案可行性，生產(chǎn)中按方案一的設(shè)計(jì)，人工切除掉原切邊沖孔工序件的局部多余材料（圖4），經(jīng)驗(yàn)證翻邊成形后疊料開(kāi)裂問(wèn)題能得到有效解決（圖5），但在焊接裝配時(shí)卻出現(xiàn)焊點(diǎn)缺失這個(gè)意想不到的問(wèn)題（圖6），從而造成分總成件局部強(qiáng)度減弱。

圖5增加工藝缺口疊料問(wèn)題解決

接著驗(yàn)證方案二的可行性，借助板材成形CAE分析方法，將原工藝方案中的臺(tái)階面改為平面，經(jīng)過(guò)五輪CAD設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真模擬，最終找到解決多余材料問(wèn)題的工藝型面，如圖7所示，結(jié)果顯示方案二可行。

圖7多工序仿真結(jié)果

模具改造

拉延模

根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，新的拉延工藝型面與原拉延工藝型面存在較大差異，故需對(duì)該產(chǎn)品的拉延、修邊兩套模具進(jìn)行改造，拉延模型面改變?nèi)鐖D8所示。

圖8拉延型面改造

拉延模工藝補(bǔ)充面改變的同時(shí)，由于拉延型面局部抬高，產(chǎn)品局部的拉延深度加大導(dǎo)致成形難度加大，為降低拉延阻力，對(duì)拉延筋形狀做的改變，如圖9所示。

切邊沖孔模

切邊模局部需要隨著拉延型面修改，為保證產(chǎn)品邊界不發(fā)生改變，修邊刃口的形狀及位置也做相應(yīng)調(diào)整，如圖10所示。

圖9拉延筋形狀改變

圖10修邊線形狀改進(jìn)

在對(duì)拉延、切邊沖孔兩套模具改造完成后，產(chǎn)品在進(jìn)行翻邊整形工序后已不再出現(xiàn)疊料開(kāi)裂，完全滿足原設(shè)計(jì)要求，見(jiàn)圖11。

圖11產(chǎn)品工藝改進(jìn)前后

結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)覆蓋件由于形狀復(fù)雜、尺寸大、質(zhì)量要求高，其工裝模具的投入成本大、周期長(zhǎng)。因此，合理的工藝方案是降低工裝成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本要求，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路難以保證形狀復(fù)雜的產(chǎn)品質(zhì)量要求。同時(shí)，不能僅局限于出現(xiàn)問(wèn)題的某工序，而應(yīng)對(duì)整體加以分析。板材成形CAE技術(shù)為驗(yàn)證汽車(chē)覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)是否合理提供了可靠的參考。本次工藝改進(jìn)工作能夠順利、有效地進(jìn)行，板材成形CAE分析技術(shù)的運(yùn)用起到了十分關(guān)鍵的作用。