文/王勇，李玉強，須俊華，董劍安·上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司模具制造部

整體側(cè)圍拉延成形缺陷CAE仿真及控制

文/王勇，李玉強，須俊華，董劍安·上海賽科利汽車模具技術(shù)應(yīng)用有限公司模具制造部

在汽車覆蓋件沖壓領(lǐng)域中，整體側(cè)圍是車身外覆蓋件中關(guān)鍵的部件之一，該類零件幾何尺寸大、形狀復雜、成形缺陷難以預(yù)測。本文采用CAE技術(shù)就整體側(cè)圍拉延成形過程進行仿真，并針對側(cè)圍比較常見的成形質(zhì)量缺陷進行了預(yù)測，包括后門洞最高點的開裂問題、側(cè)圍上沿的沖擊線及門洞棱線的滑移線問題、壓料面起皺問題，并針對這些問題采取了工藝造型手段將其解決，這為側(cè)圍的成形及缺陷控制研究提供了一定的借鑒作用。

后門洞最高點的開裂問題

圖1 側(cè)圍后門洞最高點的拉延深度

圖2 過拉延造型

圖3 CAE仿真結(jié)果及實際零件狀態(tài)

整體側(cè)圍拉延深度較大，尤其是在后門洞內(nèi)主棱線處深度最大，圖1中側(cè)圍此處拉延深度達到了213mm，并且產(chǎn)品圓角很小，為R2.5mm，在成形過程中很容易出現(xiàn)開裂問題。為了解決開裂，需要在有開裂風險處做過拉延造型，將產(chǎn)品側(cè)壁外移做拔模角度，將產(chǎn)品圓角放大，使材料在此處流動順暢，能夠使周圍材料向材料變薄嚴重區(qū)域補充，避免開裂的產(chǎn)生。過拉延造型如圖2所示，其中：第一種過拉延造型的圓角為R4.5mm，CAE仿真結(jié)果顯示板料在危險處變薄率為0.25（圖3a），現(xiàn)場零件調(diào)試結(jié)果開裂嚴重。第二種過拉延造型的圓角為R10mm，CAE仿真結(jié)果顯示板料在危險處變薄率為0.206（圖3b），無開裂風險，現(xiàn)場零件調(diào)試開裂問題得以解決。

側(cè)圍上沿沖擊線及門洞內(nèi)滑移線問題

側(cè)圍作為汽車較受關(guān)注的外觀零件，其表面質(zhì)量非常重要，一點點的表面質(zhì)量問題也會使整個汽車的美觀性大打折扣。沖擊線及滑移線造成的表面質(zhì)量問題在外板件缺陷中較為常見且難以解決。板料在拉延過程中，凹?？趫A角首先接觸板料，隨著板料向凹模中流入，凹模口圓角在板料上留下痕跡，材料流入越多痕跡越長，這種痕跡就是沖擊線。另外門洞內(nèi)與外露面交接的R較小，并且在沖壓方向上位置相對較高，在板料成形過程中，凸模上此圓角位置與板料略早接觸，如果門洞內(nèi)外材料流動不均勻，與凸模高處圓角接觸的板料會產(chǎn)生相對滑動，如果此處接觸產(chǎn)生的痕跡向外露面方向滑動的話就會造成滑移線問題。

目前整體側(cè)圍拉延深度越來越淺，隨著對拉延深度的控制，側(cè)圍與頂蓋搭接部位外露面的沖擊線風險也越來越大，門洞內(nèi)外材料流動的不均勻也加大了門洞滑移線的風險，側(cè)圍前沿外露面見圖4。

側(cè)圍前沿側(cè)壁截面見圖5，原始造型的面為線性，通過CAE仿真發(fā)現(xiàn)材料流動過快，沖擊線進入外露面，如果將相應(yīng)處拉延筋鎖得太緊，阻止材料流入，又會造成門洞內(nèi)開裂問題。通過多次造型改造及CAE仿真發(fā)現(xiàn)，在側(cè)壁的下半段增加臺階造型，這種臺階造型的凹模圓角初始接觸板料的位置比原始的凹模圓角接觸板料的位置稍微靠外一點，能夠儲存一定量的材料，并且在成形前一段時間使材料產(chǎn)生稍大的拔模角度，材料流入量相對較少，到板料成形的后半階段，上模臺階的上圓角接觸板料，此圓角處材料流動開始等同于原始的材料流動，最后到拉延成形結(jié)束。這樣整體來說減緩了上半段材料的材料流動，就減緩了沖擊線，并避免了門洞內(nèi)開裂問題。同時，優(yōu)化門洞內(nèi)的工藝補充形狀及拉延筋阻力，使門洞內(nèi)外材料流動均勻，也避免了門洞圓角的滑移線問題。側(cè)圍前沿處沖擊線CAE仿真最終結(jié)果見圖6，門洞內(nèi)滑移線CAE仿真結(jié)果見圖7。

圖4 側(cè)圍前沿外露面

圖5 側(cè)圍前沿側(cè)壁橫截面

圖6 側(cè)圍前沿處沖擊線CAE仿真結(jié)果

圖7 側(cè)圍門洞內(nèi)滑移線CAE仿真結(jié)果

與翼子板搭接處壓料面起皺問題

側(cè)圍與前翼子板搭接部位產(chǎn)品的法蘭面高低不平，壓料面根據(jù)產(chǎn)品法蘭面形狀設(shè)計，起伏較大，通過CAE分析發(fā)現(xiàn)成形過程中有起皺問題，并有可能對外觀質(zhì)量造成影響。將局部高處的產(chǎn)品法蘭面放到凸模上拉延成形，凸模輪廓線外移，并將低處的法蘭面在拉延時抬高，壓料面改為平緩，未拉延出的產(chǎn)品法蘭部分放到下一道工序上采用二次拉延工藝成形，CAE仿真結(jié)果顯示拉延成形過程起皺現(xiàn)象明顯改善，極大地降低了外觀質(zhì)量缺陷的風險，下一道工序二次拉延工藝采用外面帶壓料板的形式，可以保證二次拉延過程中材料變形平緩流暢，具有可控性，法蘭面更加平整。由于二拉深度較小，最大量為10mm，也不會降低材料利用率。更改前壓料面形狀及CAE仿真結(jié)果見圖8a，更改后壓料面形狀及CAE仿真結(jié)果見圖8b。

圖8 壓料面形狀及CAE仿真結(jié)果

整體側(cè)圍成形復雜，CAE分析及工藝造型難度較大，采用正確的CAE仿真方法可以有效地對成形缺陷進行預(yù)測并能夠評判工藝造型的優(yōu)良。本文針對整體側(cè)圍拉延成形過程進行仿真，對側(cè)圍成形過程中的重大缺陷進行了預(yù)測，并通過工藝造型將其改正，有效地指導了側(cè)圍拉延模具的調(diào)試，縮短了模具的調(diào)試周期，并取得了很好的效果。

王勇，博士。研究方向：汽車覆蓋件沖壓工藝及CAE技術(shù)研究。