趙子海，孟宇軒，江克洪，王 健，劉英堂，潘芬華

（吉利汽車集團(tuán)有限公司，浙江 慈溪 315300）

0 引言

后門外板是汽車車身較關(guān)鍵的覆蓋件之一，其外觀面較多，與其有配合要求的零件有側(cè)圍外板、前門外板。后門外板外觀質(zhì)量和尺寸精度影響整車外觀，其成形材料采用鋁材。鋁材質(zhì)量輕、強(qiáng)度高可以滿足車身強(qiáng)度和輕量化的要求，但鋁材的回彈量比鋼材大，回彈控制是鋁材沖壓過(guò)程中的工藝難題。國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的模具成形鋁門外板的合格率為70%～80%，現(xiàn)對(duì)標(biāo)德國(guó)某公司的鋁材開(kāi)發(fā)技術(shù)，前期采用合理的沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)，再利用CAE軟件進(jìn)行輔助預(yù)測(cè)，有效預(yù)防了后門外板的回彈。

1 后門外板回彈前期工藝預(yù)防措施

1.1 后門外板沖壓工藝方案

某車型后門外板采用6000系的6016鋁材，料厚為1 mm。后門外板沖壓工序一般有4～5道，該車型后門外板采用4道工序成形，工序內(nèi)容為拉深、修邊沖孔、修邊沖孔整形、翻邊側(cè)翻邊，如圖1所示。

1.2 后門外板回彈控制方法

為有效解決后門外板回彈問(wèn)題，從以下4個(gè)方面進(jìn)行型面回彈補(bǔ)償前的回彈控制。

（1）從零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面控制回彈。通過(guò)增加零件造型，如后門外板下門檻非A面處增加凸包等，減小下門檻處的回彈；通過(guò)減小A面曲率半徑，保證零件成形剛性，減小A面回彈。

（2）從成形工藝方面控制回彈。拉深工序通過(guò)在廢料區(qū)增加工藝余料（又叫凸包造型）等，以保證拉深的充分性和材料流動(dòng)均勻性，使鋁材成形的零件拉深均勻充分，減少成形的零件回彈；針對(duì)CAE分析型面回彈區(qū)域，廢料區(qū)域增加凹造型或控制拉深進(jìn)料以減少該處回彈；由于后門外板造型和輪廓都有曲率，對(duì)應(yīng)曲率半徑小的區(qū)域，翻邊或整形屬于伸長(zhǎng)類成形或壓縮類成形，都會(huì)造成零件的回彈扭曲；模具結(jié)構(gòu)上對(duì)應(yīng)翻邊整形的壓縮或伸長(zhǎng)區(qū)域，采用夾料（利用模具零件壓住成形區(qū)域）翻邊或夾料整形，使翻邊整形過(guò)程中鋁材成形均勻，減少翻邊整形前后成形零件邊界線長(zhǎng)差別較大造成的回彈，使成形的零件回彈盡量小。

圖1 后門外板成形工序

（3）通過(guò)CAE分析軟件和以往經(jīng)驗(yàn)對(duì)鋁材成形回彈進(jìn)行預(yù)判。

（4）根據(jù)CAE分析結(jié)果，采用整體或局部型面補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑢?duì)更改零件造型或工藝無(wú)法消除的少量回彈，進(jìn)行回彈補(bǔ)償。

1.3 后門外板前期回彈預(yù)防

為減輕后門外板翻邊整形后的回彈，對(duì)整形、翻邊處采用夾料整形翻邊的工藝措施。

（1）B柱處前期回彈預(yù)防工藝處理。后門外板B柱處拉深工藝補(bǔ)充沿A面直接延伸時(shí)，CAE分析整形時(shí)開(kāi)裂起皺嚴(yán)重，拉深工藝設(shè)計(jì)了3.5 mm過(guò)拉深，整形時(shí)再采用夾料整形。夾料整形的下托料塊壓力源采用延時(shí)氮?dú)飧?，以保證整形完成，零件取出后下托料塊再?gòu)?fù)位。因?yàn)槔钤O(shè)計(jì)了3.5 mm的過(guò)拉深，但夾料整形上刀塊和下托料塊必須按照成形零件形狀加工，所以?shī)A料整形上刀塊與下托料塊初始接觸時(shí)整形處材料會(huì)失控，但不會(huì)影響整形零件質(zhì)量。采用夾料整形的目的是為了消除整形過(guò)程的多料起皺和減少壓縮類整形造成的回彈。拉深工藝的過(guò)拉深形狀如圖2所示（圖1中B-B)，夾料整形結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（2）后門外板C柱翻邊處拉深處理是順著成形零件A面直接延伸，不設(shè)計(jì)過(guò)拉深，便于后工序夾料翻邊，如圖4所示（圖1中A-A)。

圖2 后門外板B柱處過(guò)拉深

圖3 后門外板B柱處夾料整形結(jié)構(gòu)

圖4 后門外板C柱翻邊處拉深

（3）后門外板翻邊側(cè)翻邊工序翻邊的凸模圓角加工至R1.2～R1.5 mm（鋼材一般為0），以避免翻邊圓角太小，翻邊后造成成形零件翻邊圓角處開(kāi)裂。該工序正翻邊和側(cè)翻邊都采用夾料翻邊，以減小伸長(zhǎng)或壓縮類翻邊造成的零件回彈；夾料翻邊下托料塊壓力源采用串聯(lián)氮?dú)飧?，便于調(diào)節(jié)夾料力，托料塊輪廓比翻邊凸模輪廓單邊大t+（1～1.5）mm，保證翻邊后托料塊復(fù)位時(shí)與成形零件翻邊處不會(huì)干涉，如圖5所示。

圖5 翻邊側(cè)翻邊周圈夾料翻邊結(jié)構(gòu)

1.4 后門外板前期回彈分析和補(bǔ)償方案

（1）后門外板回彈分析要求。采用AutoForm軟件進(jìn)行全工序CAE分析，在每工序分析后進(jìn)行自由回彈分析；在最后工序后再進(jìn)行調(diào)模點(diǎn)支撐（判斷回彈用的虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)）的回彈分析。CAE分析步驟與實(shí)際成形工序步驟一致，最后一步需跟檢具上成形零件擺放狀態(tài)一致的條件下進(jìn)行零件回彈支撐分析。各工序CAE分析工具體與模具實(shí)物狀態(tài)要一致，CAE分析工具體的符型區(qū)、強(qiáng)壓區(qū)和避讓區(qū)按模具設(shè)計(jì)要求布置。壓邊力按照模具設(shè)計(jì)的壓料塊、托料塊壓邊力設(shè)計(jì)。

（2）根據(jù)在檢具狀態(tài)下CAE精算后的回彈結(jié)果，進(jìn)行拉深型面回彈補(bǔ)償，補(bǔ)償時(shí)設(shè)計(jì)1倍的回彈量補(bǔ)償系數(shù)，補(bǔ)償后再進(jìn)行CAE分析回彈驗(yàn)證，是否滿足成形零件公差要求；如果不滿足繼續(xù)按上述方法補(bǔ)償，直到補(bǔ)償后的回彈滿足成形零件的公差要求。拉深型面回彈補(bǔ)償方法有局部補(bǔ)償和整體補(bǔ)償2種，鋼材后門外板一般采用回彈區(qū)域局部型面補(bǔ)償法，鋁材后門外板根據(jù)CAE分析回彈狀態(tài)確定采用整體型面補(bǔ)償或局部型面補(bǔ)償方法。該鋁材后門外板在拉深工序進(jìn)行了整體回彈補(bǔ)償，再采用專業(yè)軟件Ice surf進(jìn)行A面重構(gòu)，以保證A面成形質(zhì)量；采用CATIA的曲率分析和斑馬線分析對(duì)比回彈補(bǔ)償前后的A面質(zhì)量是否滿足要求。采用CATIA軟件的ICEM外形設(shè)計(jì)模塊的“距離分析”命令進(jìn)行云圖對(duì)比，如圖6所示，最大回彈補(bǔ)償量為2.58 mm。修邊沖孔模先不加工，等后期零件回彈調(diào)試穩(wěn)定后進(jìn)行逆向拉深數(shù)模再進(jìn)行加工；第3、4道工序加工數(shù)模按照拉深回彈補(bǔ)償數(shù)模進(jìn)行型面加工。

圖6 回彈補(bǔ)償前后云圖對(duì)比

考慮拉深零件放在第3、4道工序凸模上時(shí)，零件會(huì)與后工序凸模干涉；拉深凸、凹模數(shù)模需進(jìn)行放大處理；根據(jù)CAE分析，此后門外板拉深數(shù)模對(duì)照后工序數(shù)模設(shè)計(jì)放大1.001 8倍（鋼材零件一般放大1.000 5倍）。后門外板回彈補(bǔ)償前后CAE分析回彈結(jié)果對(duì)比如圖7、圖8所示，達(dá)到了成形零件公差要求，成形零件關(guān)鍵區(qū)域公差要求如圖9所示。

圖7 回彈補(bǔ)償前CAE分析

圖8 回彈補(bǔ)償后CAE分析

圖9 成形零件關(guān)鍵區(qū)域公差要求

2 后門外板后期調(diào)試結(jié)果及回彈處理措施

后門外板首次成形件除了第2道工序的模具沒(méi)有制作外，工序件采用激光切割，其他工序模具研合到位后成形，藍(lán)光掃描結(jié)果如圖10所示，除了輪弧處、水切處等不合格區(qū)域外，其他區(qū)域達(dá)到零件要求。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，鋁板覆蓋件回彈補(bǔ)償主要在拉深工序補(bǔ)償，翻邊整形工序不設(shè)計(jì)型面回彈補(bǔ)償，此后門外板根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)成形件回彈狀態(tài)進(jìn)行1∶1.2的放大量進(jìn)行拉深型面回彈補(bǔ)償處理，拉深模及后工序降形加工（沿高度方向向下加工），整改一輪后成形零件型面合格率為85%，總合格率為91%，達(dá)到了零件合格率要求。

圖10 成形零件藍(lán)光掃描結(jié)果云圖

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)鋁材后門外板回彈的預(yù)防措施及現(xiàn)場(chǎng)整改措施進(jìn)行研究，因鋁材零件回彈較大，進(jìn)行精確的CAE回彈分析，采用合理的工藝結(jié)構(gòu)預(yù)防和有效的回彈補(bǔ)償措施，并在模具后期進(jìn)行回彈原因分析和采取合理的整改措施，通過(guò)理論與實(shí)際結(jié)合，提升成形零件的質(zhì)量，縮短模具開(kāi)發(fā)周期。