宮 麗，張 強(qiáng)，馮 浩

（1.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150080；3.哈飛汽車工業(yè)集團(tuán)，黑龍江 哈爾濱 150080）

0 引言

當(dāng)自主研發(fā)一款新型汽車時(shí)，大部分外覆蓋件需新制沖壓模具，研制周期短，質(zhì)量要求高，給模具設(shè)計(jì)、制造帶來很大挑戰(zhàn)。汽車前門外板是比較重要的一個(gè)外覆蓋件，以往在同類零件的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常產(chǎn)生拉裂、拉痕及回彈等缺陷，由于這些問題都是在模具制造之后才能發(fā)現(xiàn)，因此無法從根本上對(duì)其加以解決。通常的做法是多次試模，調(diào)整壓邊力、沖壓速度以及潤(rùn)滑條件等，因而產(chǎn)品報(bào)廢率達(dá)10%，并且生產(chǎn)中需要增加潤(rùn)滑，效率很低。近年來，采用CAE技術(shù)進(jìn)行沖壓設(shè)計(jì)、拉延模擬，預(yù)測(cè)成形缺陷的位置與程度，輔助模具設(shè)計(jì)人員優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，從而大大減少了試模的次數(shù)。本文以某車型的前門外板為分析對(duì)象，主要采用數(shù)值模擬軟件AUTOFORM對(duì)前門外板進(jìn)行有限元模擬，分析其成形缺陷，并結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)情況，提出前門外板成形缺陷控制措施。

1 運(yùn)用AUTOFORM軟件進(jìn)行成形模擬分析

首先在UG軟件中進(jìn)行前門外板模型設(shè)計(jì)，得到的前門外板模型如圖1 所示。以STL格式導(dǎo)出文件，傳入AUTOFORM軟件中，在傳入文件的同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)劃分有限元網(wǎng)格。然后進(jìn)行拉延模設(shè)計(jì)，即選擇沖壓方向、設(shè)計(jì)壓料面和工藝補(bǔ)充面等。模具型面設(shè)計(jì)完成后可以設(shè)定各項(xiàng)工藝參數(shù)（見表1），之后進(jìn)行模擬。

通過AUTOFORM軟件仿真得到成形能力圖（如圖2 所示）、成形極限圖（如圖3 所示）及拉延板料變化圖（如圖4 所示）。由圖2 ～圖4 可以看出，材料變形嚴(yán)重不足，同時(shí)伴有開裂現(xiàn)象，側(cè)壁有拉延痕跡，反映在零件上就是易開裂、剛性不足、側(cè)壁不光滑和回彈現(xiàn)象嚴(yán)重。

表1 AUTOFORM軟件中設(shè)定的拉延工藝參數(shù)

圖1 前門外板模型

針對(duì)前面的分析結(jié)果，此前門外板的成形缺陷主要有拉裂、拉痕、回彈等。

圖2 成形能力圖

2 成形缺陷分析

2.1 拉裂

從圖2 可以看出，前門外板零件各處塑性變形非常不均勻，前門外板中部的前、中、后3個(gè)區(qū)域存在變形不足的情況，而側(cè)面前、后兩處區(qū)域出現(xiàn)了開裂趨勢(shì)，由于同時(shí)存在開裂和拉延變形不足情況，因此在實(shí)際模具試沖中，壓邊力始終無法提高，拉延筋也不能完全發(fā)揮作用。

圖3 成形極限圖

圖4 拉延板料變化圖

由于零件存在開裂及細(xì)頸現(xiàn)象，產(chǎn)品報(bào)廢率高，為減少報(bào)廢率，只好減少進(jìn)料阻力或降低壓邊力，其后果就是零件變形不足，直接表現(xiàn)就是零件軟，剛性不足，強(qiáng)度不好，零件表面有凹陷，嚴(yán)重影響表面質(zhì)量。

2.2 拉痕

從圖4 可以看出，由于零件深度較大，成形過程中變形非常嚴(yán)重，工藝補(bǔ)加部分較低，拉延痕跡線已經(jīng)爬到零件側(cè)壁上了，反映到零件上是側(cè)壁有拉痕，在模具調(diào)試過程中無論調(diào)整何種工藝參數(shù)都無法避免此種現(xiàn)象的發(fā)生，只能通過反復(fù)修理凹模圓角降低拉延痕跡，卻不能完全消除之。

2.3 回彈

零件中部棱線處有明顯的凹陷，最大值為1.9 mm，在實(shí)際成形過程中如不采取補(bǔ)償措施，零件將會(huì)出現(xiàn)凹陷，嚴(yán)重影響表面質(zhì)量，與其他零件的配合也會(huì)產(chǎn)生干涉，因此根據(jù)回彈結(jié)果，在棱線區(qū)域增加強(qiáng)壓區(qū)。

各部分外鼓區(qū)域最大值在0.5mm左右，同時(shí)變化比較均勻，無明顯突變部位，因此這樣的誤差是可以接受的，無需采取任何補(bǔ)償措施，在實(shí)際調(diào)試模具中，通過加強(qiáng)零件強(qiáng)度的方法盡量減少回彈是比較可取的方式。

2.4 產(chǎn)生成形缺陷的原因

產(chǎn)生以上缺陷的原因主要有兩個(gè)方面：①此零件工藝補(bǔ)加深度不夠；②此件產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理，拉延深度過深。

3 調(diào)整設(shè)計(jì)后模具成形模擬分析

調(diào)整前門外板的設(shè)計(jì)、拉延模的設(shè)計(jì)以及成形參數(shù)之后，運(yùn)用CAE分析取得的成形效果如圖5 所示，成形極限如圖6 所示，可以看出板材變形比較充分，并且在零件區(qū)域內(nèi)沒有開裂現(xiàn)象。

圖5 調(diào)整設(shè)計(jì)后成形效果圖

圖6 調(diào)整設(shè)計(jì)后成形極限圖

圖7 為調(diào)整設(shè)計(jì)后的板料變化圖。從圖7 可以看出，將拉延痕跡線有效地控制在補(bǔ)加型面的平面部位，距離側(cè)壁還有15mm左右，即使在實(shí)際調(diào)試中，拉延條件有些變化，也可保證在零件表面不出現(xiàn)拉延痕跡。

圖7 調(diào)整設(shè)計(jì)后的板料變化圖

圖8 為前門外板成形后的板料厚度變化圖。圖9為主應(yīng)變變化圖，圖1 0為次應(yīng)變變化圖。從圖8 、圖9、圖1 0中可以看出零件最薄處成形效果比較理想，板料厚度在成形允許的范圍內(nèi)，沒有破裂現(xiàn)象的發(fā)生，且零件基本得到充分拉深，整體變形較均勻，零件剛性較好。

圖8 前門外板成形后的板料厚度變化圖

圖9 主應(yīng)變變化圖

4 結(jié)束語

在CAE模擬分析的基礎(chǔ)上，哈飛公司對(duì)前門外板零件進(jìn)行了調(diào)整改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)影響零件成形性的局部型面作了變更，以避免將來模具制造完工以后由于成形的不確定性而再對(duì)零件和模具做較大的改變。在此基礎(chǔ)上，公司迅速確定了零件數(shù)模，并確定了沖壓工藝方案，將原來預(yù)計(jì)的5道工序減少成4道工序，降低了模具制造成本。在隨后的模具設(shè)計(jì)及制造中，由于先期論證充分，大大加快了開發(fā)進(jìn)度。模具從設(shè)計(jì)到預(yù)驗(yàn)收交付只用了6個(gè)多月的時(shí)間，比過去縮短了3個(gè)月。在試模過程中，原定的200片試沖料片，只用了不到60片，極大地降低了試沖過程中的原材料浪費(fèi)。此模具只用了22h的上機(jī)床時(shí)間即完成了模具試沖任務(wù)，比預(yù)計(jì)時(shí)間較少了18h，這在很大程度上也避免了人力資源的浪費(fèi)。

圖1 0 次應(yīng)變變化圖