杜武昌

（天津柯麥特模具技術(shù)有限公司技術(shù)中心，天津 300300）

1 引言

近年來(lái)，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車制造的短周期顯得尤為重要，同時(shí)對(duì)汽車沖壓模具制造調(diào)試提出更高的要求，汽車覆蓋件制件多為空間自由曲面、形狀復(fù)雜、尺寸較大等特點(diǎn)，其成形過(guò)程涉及材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等問(wèn)題[1～2]，在制造調(diào)試過(guò)程中影響因素很多，調(diào)試人員往往很難快速判斷具體的影響因素。

本案例為某車型覆蓋件車門內(nèi)板在模具制造調(diào)試時(shí)，發(fā)生嚴(yán)重開(kāi)裂，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試仍無(wú)法解決開(kāi)裂問(wèn)題。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，影響制件開(kāi)裂的因素有很多，如材料參數(shù)、摩擦系數(shù)、拉伸筋強(qiáng)度、板料形狀及位置等[3]。AutoForm-Sigma模塊能夠進(jìn)行虛擬調(diào)試（即使用計(jì)算機(jī)仿真調(diào)試代替實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試），綜合分析各個(gè)因素的影響程度，能夠更快、更準(zhǔn)確地找出主要影響因素，從而能夠及時(shí)的解決生產(chǎn)問(wèn)題。

2 車門內(nèi)板沖壓模具工藝分析

在汽車覆蓋件沖壓模具調(diào)試準(zhǔn)備的過(guò)程中，首先要解讀沖壓工藝分析內(nèi)容，理解沖壓工藝思路，如制件形狀、材料性能、板料信息以及成形過(guò)程存在的潛在問(wèn)題等，其目的是對(duì)當(dāng)前需要調(diào)試的模具有一定的了解和問(wèn)題的認(rèn)知。

2.1 車門內(nèi)板制件信息和材料屬性

本案例是某車型前車門內(nèi)板，材質(zhì)為JSC270D，料厚為0.65/1.2mm同材質(zhì)不等料厚的拼焊板，制件形狀如圖1所示（其中左邊深色區(qū)域?yàn)?.65mm薄板料，右邊淺色區(qū)域?yàn)?.2mm厚板料區(qū)域），板材參數(shù)如表1所示。

圖1 制件數(shù)模

表1 JSC270D材料參數(shù)

根據(jù)制件數(shù)模形狀及板材參數(shù)，按照車門內(nèi)板拉伸工藝補(bǔ)充制作標(biāo)準(zhǔn)，所做出的拉伸數(shù)模和所需板料形狀分別如圖2和圖3所示。

圖2 拉伸工藝數(shù)模

圖3 板料形狀

2.2 車門內(nèi)板成形性分析

汽車沖壓模具成形性分析能夠直觀的反應(yīng)制件在成形過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化以及成形完成后的最終狀態(tài)。通過(guò)軟件自有的各項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)能夠?qū)Ξ?dāng)前制件的起皺、開(kāi)裂等缺陷進(jìn)行評(píng)判。結(jié)果數(shù)據(jù)Formability和Thinning參數(shù)能夠?qū)Ξ?dāng)前制件的起皺和開(kāi)裂做出直觀的評(píng)判，如圖4、圖5所示，制件在拉伸后無(wú)明顯起皺、開(kāi)裂以及減薄率過(guò)大等缺陷。

圖4 起皺

圖5 減薄率

3 車門內(nèi)板現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果及原因分析

如上所述，該制件在進(jìn)行沖壓成形分析時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂或減薄率過(guò)大的問(wèn)題，然而在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模具調(diào)試時(shí)，制件出現(xiàn)較大的開(kāi)裂問(wèn)題，如圖6所示。實(shí)際生產(chǎn)與CAE仿真結(jié)果出現(xiàn)不吻合，表明CAE分析所設(shè)置的仿真參數(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況相差較大。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的制件開(kāi)裂部位和開(kāi)裂時(shí)機(jī)等現(xiàn)象，說(shuō)明該區(qū)域開(kāi)裂的原因是由于傳力區(qū)的傳力能力小于變形區(qū)材料產(chǎn)生塑性變形所需要的力，因此解決破裂的關(guān)鍵是提高傳力區(qū)強(qiáng)度[4]。其措施有：采用更好的材料；加大傳力區(qū)的凸模圓角；減小壓邊力；增加潤(rùn)滑；減小毛坯尺寸；降低拉伸筋高度；研平壓料面；增大凹模圓角等。由于影響因素較多，如果進(jìn)行各個(gè)因素逐個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)，不僅模具整改周期長(zhǎng)，還影響模具質(zhì)量。

圖6 拉伸開(kāi)裂的制件

4 Sigma穩(wěn)健性分析結(jié)果評(píng)估和影響因素的確定

現(xiàn)在主流的沖壓成形CAE仿真軟件，對(duì)于一些關(guān)鍵的參數(shù)，如材料模型，材料積分點(diǎn)，模具和板件制件的接觸取決于軟件本身特點(diǎn)，該軟件的參數(shù)設(shè)定取決于工藝人員的選擇，其中關(guān)鍵的因素包括拉伸筋模型，壓邊圈模型，板料網(wǎng)格尺寸，摩擦因素，收斂準(zhǔn)則，網(wǎng)格細(xì)化水平，間距等[5～6]。與此同時(shí)沖壓成形分析軟件Sigma模塊，分別針對(duì)沖壓工藝優(yōu)化、穩(wěn)健性分析、虛擬調(diào)試等提供參考的參數(shù)設(shè)置。

4.1 Sigma穩(wěn)健性分析的參數(shù)設(shè)置

Tryout穩(wěn)健性分析，是將設(shè)定的諸多影響因素和波動(dòng)范圍按照統(tǒng)計(jì)學(xué)的規(guī)律組合起來(lái)，形成多組組合參數(shù)進(jìn)行分析，得出各個(gè)因素影響制件缺陷的概率，找出最主要影響因素，進(jìn)而能夠快速的解決問(wèn)題。本案例車門內(nèi)板Sigma穩(wěn)健性分析是將壓邊力、摩擦系數(shù)、拉伸筋系數(shù)、板料尺寸等4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)影響調(diào)試因素作為Sigma浮動(dòng)參數(shù)，具體設(shè)定值和波動(dòng)范圍如表2所示。

表2 影響因素和波動(dòng)范圍的設(shè)定

4.2 Sigma穩(wěn)健性分析結(jié)果評(píng)估

任何仿真軟件的仿真分析都需要對(duì)仿真分析結(jié)果的正確性進(jìn)行評(píng)判，由Sigma的分析結(jié)果顯示，在實(shí)際調(diào)試模具的開(kāi)裂部位的“受控值”均非常接近100%，如圖7和表3所示，表明此處開(kāi)裂問(wèn)題的影響因素參數(shù)設(shè)置比較全面，模擬仿真的數(shù)量足夠，因此仿真結(jié)果正確、可信。

表3 開(kāi)裂部位的受控值

圖7 實(shí)際開(kāi)裂部位的“受控值”

Sigma穩(wěn)健性分析在生產(chǎn)過(guò)程中通常使用過(guò)程能力Cp和過(guò)程能力指數(shù)Cpk來(lái)評(píng)價(jià)工序模具的關(guān)鍵影響因素，由圖8、圖9所示表明，車門內(nèi)板側(cè)壁在實(shí)際生產(chǎn)中受所設(shè)置的影響因素影響較大，與實(shí)際調(diào)試時(shí)開(kāi)裂部位吻合，并且0.67≤Cp/CpK＜1.00，有0.14%～2.25%的結(jié)果超出限值，是不可靠的。

圖8 減薄率Cp結(jié)果

圖9 減薄率Cpk結(jié)果

4.3 模具開(kāi)裂影響因素的確定

在模具生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中，針對(duì)制件開(kāi)裂的問(wèn)題，一般使用最大失效和變薄率的穩(wěn)定性來(lái)評(píng)估，由減薄率的影響圖，如圖10所示，摩擦系數(shù)的影響占比約為91%，壓邊力影響占比約為13%，板料尺寸和拉伸筋系數(shù)這兩個(gè)影響因素在置信水平以內(nèi)，因此可忽略不計(jì)。同理，如圖11所示的同一位置的最大失效影響因素結(jié)果表明：摩擦系數(shù)的影響是制件此處開(kāi)裂的主要影響因素。具體影響值見(jiàn)表4所示。

圖10 減薄率影響因素

圖11 最大失效影響因素

表4 同一位置的減薄率和最大失效受控值

依據(jù)沖壓成形分析軟件Sigma模塊對(duì)車門內(nèi)板拉伸制件的穩(wěn)健性分析，分別查看減薄率和最大失效的穩(wěn)定性影響因素，均表明摩擦系數(shù)對(duì)拉伸制件實(shí)際開(kāi)裂部位的影響最大。在確定摩擦因素是影響此車門內(nèi)板拉伸制件開(kāi)裂的主要因素之后，為了驗(yàn)證Sigma穩(wěn)健性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，將摩擦系數(shù)設(shè)置為0.165進(jìn)行成形分析模擬，其結(jié)果顯示開(kāi)裂部位與實(shí)際調(diào)試制件開(kāi)裂部位相同，如圖12所示。

圖12 摩擦系數(shù)為0.165的成形結(jié)果

根據(jù)Sigma穩(wěn)健性分析結(jié)果和修改摩擦系數(shù)的成形分析結(jié)果表明，摩擦系數(shù)是此車門內(nèi)板拉伸制件開(kāi)裂部位的主要影響因素，其解決方案為降低摩擦系數(shù)，提高模具光潔度，能夠降低拉伸制件開(kāi)裂部位的減薄率。因此提高拉伸制件實(shí)際開(kāi)裂部位以及相鄰部位的上、下模凸圓角的模具光潔度，能夠直接、快速的解決此車門內(nèi)板拉伸制件的開(kāi)裂。圖13顯示的是提升上、下模開(kāi)裂部位及相鄰的凸圓角模具光潔度后，調(diào)試出合格的拉伸制件。

圖13 調(diào)試合格的制件

為了防止在母線連續(xù)高速?zèng)_壓時(shí)頻繁出現(xiàn)制件開(kāi)裂，需要對(duì)最終調(diào)試完成的拉伸模具進(jìn)行鍍鉻處理，以降低摩擦系數(shù)，提高模具穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

通過(guò)Sigma穩(wěn)健性分析在汽車車門內(nèi)板制造調(diào)試過(guò)程中的應(yīng)用，能夠及時(shí)找到制件在成形過(guò)程中開(kāi)裂的原因，順利解決生產(chǎn)問(wèn)題，得出以下結(jié)論：

（1）沖壓成形分析軟件的Sigma穩(wěn)健性分析的各工藝參數(shù)的設(shè)定浮動(dòng)范圍及影響與實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)吻合度較高，通過(guò)虛擬調(diào)試，能夠準(zhǔn)確地指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)試，提高模具調(diào)試效率。

（2）通過(guò)Sigma穩(wěn)健性分析在汽車車門內(nèi)板制造調(diào)試中的成功應(yīng)用，將制件開(kāi)裂的各個(gè)影響因素進(jìn)行分析，確定影響制件開(kāi)裂的主要因素，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試，及時(shí)解決問(wèn)題，順利調(diào)試出合格的制件。本案例的成功應(yīng)用，為縮短模具調(diào)試周期，提高生產(chǎn)效率具有重要意義，同時(shí)為汽車覆蓋件沖壓模具制造調(diào)試提供參考。