戰(zhàn)淑紅 潘遠(yuǎn)安 張瑜

（1.長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程學(xué)院；2.一汽轎車股份有限公司）

汽車典型的外觀件為側(cè)圍、翼子板、前后車門、前蓋和后蓋[1-2]，外觀件具有造型復(fù)雜、表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，因此對表面坑、包、波浪、褶皺和滑移線等表面缺陷要求較高。為了解決這些缺陷，很多學(xué)者利用Autoform 軟件成功地排除了上述缺陷，文獻(xiàn)[3]利用Autoform 軟件排除了起皺和拉裂等缺陷；文獻(xiàn) [4-6]利用Autoform 軟件消除了發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板、行李箱外板和后門外板的滑移線問題；文獻(xiàn)[7]利用Autoform 軟件成功解決了后門外板回彈問題。以上研究均側(cè)重問題的解決，對于軟件參數(shù)的設(shè)定和分析過程并未詳細(xì)說明。文章詳細(xì)介紹了使用Autoform（R7）軟件進(jìn)行后門外板制件（以下簡稱“制件”）沖壓工藝分析過程的參數(shù)設(shè)定及分析結(jié)果的判定，為CAE 分析師的分析過程提供參考。

1 制件工藝簡介

文章以一模雙件的生產(chǎn)方式為例，工序排布如圖1所示，為OP10 拉延→OP20 修邊→OP30 修邊沖孔整形→OP40 翻邊，共4 道工序。需要注意的是，OP20 中紅框標(biāo)出的位置存在斜楔沖孔，需要在OP20 工序時(shí)將這幾處廢料先行切掉，為后工序的斜楔沖孔留出位置。另外，OP30 中紅框部分是修邊帶整形，OP40 中紅框部分是斜楔翻邊。它們都有一個(gè)共同優(yōu)勢，即縮短一個(gè)工序，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。

圖1 制件的工序排布

2 門外板Autoform 分析過程

2.1 拉延工序分析及判定

將CAITA 造型軟件中繪制制件拉延工序的造型導(dǎo)入Autoform，完成拉延工具體的模面設(shè)定。在拉延工序的分析中，壓邊圈的參數(shù)設(shè)定非常重要，直接影響分析結(jié)果。壓邊圈設(shè)置的重要參數(shù)有2 點(diǎn)，如圖2 所示。第1 點(diǎn)是壓邊圈行程。壓邊圈行程會(huì)影響到板材放到壓邊圈上的形態(tài)（表現(xiàn)為是否“塌腰”），同時(shí)會(huì)影響到板材接觸模具凸模的狀態(tài)。一般壓邊圈行程的選取原則為：在壓邊圈抬起時(shí)剛好與模具凸模的最高點(diǎn)平齊。文章中制件壓邊圈行程一般在50～80 mm。第2 點(diǎn)是壓邊力。在初始模擬時(shí)，壓邊力可以設(shè)置成壓強(qiáng)（3 MPa），調(diào)整優(yōu)化完成后根據(jù)計(jì)算的壓邊力設(shè)置成噸位，并盡量使壓邊力小于實(shí)際壓機(jī)最大的下氣墊力的80%。一般后車門外板成型的壓邊力為1 600～2 000 kN/雙件。

圖2 壓邊圈參數(shù)設(shè)置

使用Autoform 分析制件成型性時(shí)，拉延工序的分析結(jié)果判斷比較復(fù)雜，維度也比較全面。以下分別從成型過程、成型性、減薄率、主次應(yīng)變和滑移線等6 個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹：

1）成型過程判斷：針對外板制件來說，在拉延成型的過程中，外表面區(qū)域板材不允許出現(xiàn)明顯的褶皺現(xiàn)象，否則會(huì)導(dǎo)致制件成型后表面存在缺陷。圖3 示出拉延成型過程圖。a 為水平重力下的板料狀態(tài)，b 和c 為板料拉延過程，d 為拉延完成的最終狀態(tài)。該制件未出現(xiàn)明顯褶皺現(xiàn)象。

圖3 外板制件拉延成型過程

2）成型性判斷：成型性判斷是基于板材的FLD 曲線（成型極限曲線圖）的綜合判斷，其判別結(jié)果直觀且較為全面，如圖4 所示。FLD 曲線直觀地顯示制件是否成型充分（綠色表示）、是否存在破裂風(fēng)險(xiǎn)（黃色及橙色表示）、是否存在板材增厚（藍(lán)色及紫色表示）。同樣，也可以通過對制件的不同位置進(jìn)行分析計(jì)算，從結(jié)果中直觀地顯示出來，如圖5 所示。成型性判定顯示的結(jié)果會(huì)根據(jù)參數(shù)的改變而改變，若僅僅依據(jù)參數(shù)設(shè)定來判斷結(jié)果的成型性，容易受到誤導(dǎo)。

圖4 FLD 曲線示意圖

圖5 制件成型性結(jié)果

3）減薄率判斷：對于外板制件來說，減薄率非常重要。因?yàn)闇p薄率會(huì)對制件的回彈、剛性以及表面缺陷造成影響。如果制件的減薄率不足，回彈會(huì)變大，剛性會(huì)變?nèi)?，也?huì)產(chǎn)生表面缺陷。通常要求外板制件外表面區(qū)域的減薄率必須達(dá)到3%以上，優(yōu)選達(dá)到4%以上。這一點(diǎn)是判斷制件拉延工序是否合格的一個(gè)重要條件。對于門外板這種使用軟鋼板材的制件，要求減薄率低于25%，如果減薄率高于該值，則開裂風(fēng)險(xiǎn)大。如圖6 所示，制件的減薄率達(dá)到了優(yōu)選值，符合要求。

圖6 板制件減薄率檢測數(shù)值

4）主應(yīng)變判斷：外板制件的主應(yīng)變要求達(dá)到2%以上，優(yōu)選達(dá)到3%以上。該參數(shù)主要是為了保證板材在成型過程中拉延充分。此參數(shù)不是所有外板制件都可以達(dá)成，所以不是對所有外板制件都有此要求。對本制件來說，該參數(shù)是需要保證的。如圖7 所示，制件的主應(yīng)變值達(dá)到了優(yōu)選值，符合要求。

圖7 板制件主應(yīng)變測量數(shù)值

5）次應(yīng)變判斷：由于外板制件有面品質(zhì)量的要求，應(yīng)盡量避免單向拉伸的情況出現(xiàn)，即避免出現(xiàn)此應(yīng)變低于0 的區(qū)域。對車門外板來說，一般要求外表面區(qū)域不允許出現(xiàn)此應(yīng)變低于0 的區(qū)域，如果受到造型的影響無法達(dá)成時(shí)，也需要盡量減小此區(qū)域的范圍。如圖8所示，制件的次應(yīng)變達(dá)到了優(yōu)選值，符合要求。

圖8 板制件次應(yīng)變測量數(shù)值

6）滑移線判斷：現(xiàn)在的外板制件棱線圓角越來越小，出現(xiàn)滑移線的風(fēng)險(xiǎn)越來越高，所以對外板制件的滑移線檢查也成為外板制件拉延工序判斷的一個(gè)重要過程。而且是否存在滑移線也是拉延工序是否合格的一個(gè)重要判斷指標(biāo)。如圖9 所示，本次模擬的制件腰線處均出現(xiàn)滑移線問題，后側(cè)的滑移線問題更為嚴(yán)重，初步測量滑移距離至少在4.55 mm 以上，必須對該制件的拉延工藝進(jìn)行調(diào)整，否則將對制件外觀質(zhì)量產(chǎn)生影響，甚至?xí)蛸|(zhì)量評審不通過而停產(chǎn)。

圖9 制件滑移線判斷

2.2 修邊工序分析及判定

修邊工序的分析比較簡單，只需設(shè)置修邊線即可。在設(shè)置修邊工序時(shí)，有2 點(diǎn)需要考慮：一是修邊角度，可以在Autoform 中進(jìn)行檢查，并對修邊角度超出的區(qū)域采用斜楔修邊的方式解決；二是分步修邊，為了更加貼近實(shí)際模具的生產(chǎn)狀態(tài)，在設(shè)置修邊線時(shí)，應(yīng)采用與模具相同的步驟修邊，而不是一次性將所有廢料都切掉。

對于修邊工序的結(jié)果判定，主要是修邊角度的判定。一般修邊角度的判定分為2 種方式，如果是通過Autoform 軟件建模，那么可以直接在Autoform 軟件中進(jìn)行；如果是使用CATIA 等繪圖軟件建模，則需要在PD（Autoform-ProcessDesigner）軟件中判斷，該軟件是Autoform 公司開發(fā)，基于CATIA/UG 軟件的DL（沖壓工法圖）專用繪制軟件。本案例使用CATIA 軟件建模，所以使用PD 來判斷修邊角度。圖10 示出后門外板右上角的修邊，通過修邊檢查發(fā)現(xiàn)正修時(shí)最大修邊角度為50.2°，而沖壓工藝要求的最大修邊角度不得超過25°，優(yōu)選20°，所以此處修邊角度不合格，需要采用斜楔修邊。圖11 示出同樣位置采用斜楔修邊后的結(jié)果，最大修邊角度為24.4°，滿足修邊要求。

圖10 制件正修邊修邊角度檢查結(jié)果

圖11 制件斜楔修邊修邊角度檢查結(jié)果

2.3 修邊整形工序分析及判定

整形工序的凸模及壓料板采用周圈付型的形式，這也是為了更加貼近實(shí)際的生產(chǎn)條件。整形工序及翻邊工序的付型區(qū)域一般選取整形/翻邊線內(nèi)80 mm 的區(qū)域，如圖12 所示。

圖12 周圈付型的凸模及壓料板

整形分析的結(jié)果判定主要有2 點(diǎn)：一是開裂，在拉延中已經(jīng)介紹；二是褶皺。褶皺的判斷有3 種方式：1）成型性判斷中的增厚區(qū)（藍(lán)、紫），這種方式判斷的是板料增厚趨勢。在制件的外表面區(qū)域絕對不允許出現(xiàn)增厚現(xiàn)象，而在非外表面區(qū)域，板料增厚只是多料的表現(xiàn)，不能作為褶皺判斷的絕對依據(jù)。2）褶皺風(fēng)險(xiǎn)判斷（wrinkles），該判斷方式更傾向于對痕跡的判斷。該值超過限制，則所在區(qū)域成型后會(huì)留下痕跡，但不一定會(huì)有明顯的起伏現(xiàn)象。對于該值一般認(rèn)為內(nèi)表面需要低于0.03，如圖13 所示，此區(qū)域測量數(shù)值為0.156，表明存在起皺的風(fēng)險(xiǎn)。3）成型過程判斷，在Autoform 模擬中，更多地是依靠成型過程中板料的形態(tài)來判斷褶皺情況，如圖14 所示，該區(qū)域在整形過程中有明顯的褶皺趨勢，那么就可以判斷該區(qū)域整形會(huì)形成褶皺。

圖13 制件褶皺風(fēng)險(xiǎn)判斷結(jié)果

圖14 制件整形成型過程判斷結(jié)果

此處形成的褶皺問題并不嚴(yán)重。其一，此處并不是A 面，對外觀影響較?。黄涠?，在后期調(diào)試過程中，模具間隙調(diào)整可以減小甚至是消除一定褶皺；其三，在后續(xù)包邊壓合工序中也可以減輕褶皺對整個(gè)制件的影響；其四，此處有前門對其“臺(tái)階”結(jié)構(gòu)的遮擋，依然可以降低褶皺的影響，故此處褶皺問題不作為重點(diǎn)來關(guān)注。

2.4 翻邊工序分析

翻邊工序的分析基本與整形一致，需要注意的一點(diǎn)是，翻邊工序的接刀位置需要在CATIA/UG 等繪圖軟件中制作，在Autoform 軟件中繪制的翻邊接刀，無法滿足分析模擬的需要。翻邊的結(jié)果判定是對翻邊起皺和開裂的判斷，在前文中都已介紹，不再詳述。

2.5 回彈分析

制件的回彈分析常用的有3 種，分別是自由回彈、支撐回彈、夾緊回彈。其中自由回彈只作為初步判斷，支撐回彈是回彈的3 種方式中最接近于制件真實(shí)回彈的計(jì)算方式。在評定制件回彈值、尺寸整改以及做回彈補(bǔ)償時(shí)，都是參考支撐回彈的結(jié)果。在計(jì)算支撐回彈時(shí)需要注意2 點(diǎn)：一是制件的放置方式要選取制件在檢具上的放置方式，這樣計(jì)算的支撐才會(huì)與實(shí)際制件的回彈接近；二是制件支撐點(diǎn)的選取一定要與檢具上的支撐點(diǎn)一致，同樣是為了使回彈計(jì)算與實(shí)際接近。夾緊回彈的結(jié)果更接近于制件的尺寸檢測結(jié)果。實(shí)際上，只有當(dāng)制件的支撐回彈達(dá)到要求后所計(jì)算的夾緊回彈結(jié)果才是有效的。

對于支撐回彈來說，分析結(jié)果的判定直接體現(xiàn)在回彈值上，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，建議外板制件回彈值低于3 mm，嚴(yán)格一些的則要求低于2 mm，如圖15 所示。夾緊回彈結(jié)果的判斷則需要特別注意，在判斷回彈值前，需要首先確認(rèn)夾緊點(diǎn)的受力情況，如圖16 所示，要求所有的夾緊點(diǎn)受力不得超過30 N，否則夾緊回彈結(jié)果無效。對于夾緊回彈的回彈值的判斷，則需要根據(jù)許用的公差要求來進(jìn)行。

圖15 制件支撐回彈結(jié)果

圖16 制件夾緊點(diǎn)受力情況

3 實(shí)際生產(chǎn)中的問題

在車型實(shí)際生產(chǎn)過程中，制件出現(xiàn)了滑移線問題，如圖17 所示，紅框內(nèi)的缺陷即為滑移線。這與模擬分析的結(jié)果是一致的，需要利用Autoform 軟件進(jìn)一步進(jìn)行輔助分析，以解決該滑移線問題。

圖17 制件生產(chǎn)中的滑移線問題

4 結(jié)論

通過對該后門外板制件全序的Autoform 分析及結(jié)果判斷，對所有外表面制件的Autoform 判斷標(biāo)準(zhǔn)有了一定的了解，并且也對該制件存在的問題有了判斷。目前該制件存在的最嚴(yán)重問題就是主棱線存在滑移線風(fēng)險(xiǎn)。需要對制件滑移線進(jìn)行分析及調(diào)整，才能最終解決其滑移線的問題。具體分析建議如下：1）調(diào)整沖壓方向，可降低滑移線風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)計(jì)對工藝布置將會(huì)產(chǎn)生一定影響；2）調(diào)整拉延筋，可以再次降低滑移線風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)計(jì)對制件的減薄率會(huì)產(chǎn)生一定影響；3）修正板料布置及工藝補(bǔ)充，可進(jìn)一步降低滑移線問題，預(yù)計(jì)依然會(huì)影響制件的減薄率。