蔣 松，喻 航

（四川成飛集成科技股份有限公司，四川 成都 610092）

0 引 言

汽車外覆蓋件表面質(zhì)量直接影響車身噴漆后的光線反射效果，沖壓生產(chǎn)工藝下的外覆蓋件面畸變?nèi)毕菔潜砻尜|(zhì)量缺陷的重要構(gòu)成部分[1-7]，其產(chǎn)生及消除造成調(diào)試工作周期和成本的增加。面畸變?nèi)毕莸漠a(chǎn)生與沖壓工藝設(shè)計(jì)、板料性能、制件形狀特征、摩擦潤(rùn)滑條件、模具研配狀態(tài)等因素有關(guān)，既有可能分布于制件成形過(guò)程中，也有可能在脫模后因回彈影響而產(chǎn)生。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展及塑性成形理論方面研究的進(jìn)步，通過(guò)對(duì)成形過(guò)程的全工序有限元分析及后處理，在沖壓工藝設(shè)計(jì)階段對(duì)面畸變?nèi)毕莸念A(yù)測(cè)有效性逐步增加；此外，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展及主機(jī)廠對(duì)車型外觀精致感的追求，對(duì)外板件表面質(zhì)量提出了更高的要求，沖壓工藝開(kāi)發(fā)階段對(duì)面畸變?nèi)毕莸奶綔y(cè)方法及在調(diào)試階段對(duì)未探測(cè)到的面畸變?nèi)毕萁鉀Q方法的研究尤為重要。

1 后車門外板主要面畸變?nèi)毕菪问郊拔恢?/h2>

面畸變?nèi)毕葜饕捎诓痪鶆驊?yīng)力分布導(dǎo)致制件表面失穩(wěn)或屈曲，不均勻應(yīng)力分布主要由成形過(guò)程、卸載回彈、模具排氣不暢、型面研配不到位、潤(rùn)滑條件不當(dāng)?shù)仍蛟斐?。后車門外板常見(jiàn)面畸變?nèi)毕葜饕憩F(xiàn)為：表面凸點(diǎn)、面凹陷、表面凸凹。面畸變?nèi)毕菸恢弥饕植荚陂T把手、左右件拼合處、翻邊/整形輪廓線及翻邊輪廓線連接的凹形曲面位置，如圖1所示。

圖1 后車門外板典型面畸變?nèi)毕菸恢?/p>

2 沖壓工藝設(shè)計(jì)

沖壓方向及補(bǔ)充面關(guān)鍵參數(shù)如圖2、圖3所示。制件成形工序如圖4所示，包括：工序①拉深；工序②修邊、側(cè)修邊、沖孔、側(cè)沖孔；工序③翻邊、側(cè)翻邊、修邊。

圖2 沖壓方向

圖3 補(bǔ)充面關(guān)鍵參數(shù)

圖4 制件成形工序

3 有限元模型建立

3.1 材料力學(xué)性能

制件材料牌號(hào)E180BH，厚度為0.65 mm，密度為 7 800 kg/m3，屈服強(qiáng)度 σˉ=187 MPa，彈性模量 E=211 GPa，硬化指數(shù)n=0.22，強(qiáng)度系數(shù)k=534 MPa，泊松比λ=0.3，厚向異性指數(shù)r=1.93、r0°=1.69、r45°=1.91，r90°=2.21。材料硬化曲線選擇Ludwik公式表達(dá)，屈服準(zhǔn)則選擇Hill屈服準(zhǔn)則，F(xiàn)LC曲線選擇Keeler公式。

3.2 拉深成形有限元模型

拉深成形參數(shù)設(shè)置：由于壓料面傾斜，在板料滑動(dòng)方向設(shè)置2個(gè)擋料器，如圖5所示；壓邊力為1 300 kN，拉深行程為70 mm，摩擦系數(shù)為0.15，上滑塊速度為1.4 m/s，成形過(guò)程模擬采用實(shí)體拉深筋如圖6所示，具體參數(shù)如表1所示，板料初始網(wǎng)格20 mm。

圖5 拉深有限元模型設(shè)置

圖6 拉深筋布置及參數(shù)

表1 拉深筋參數(shù)

3.3 后工序模型設(shè)置

回彈是造成面畸變?nèi)毕莸闹匾蛩?，在后工序模擬設(shè)置中考慮工序件的回彈，如圖7所示。工具體按照模具結(jié)構(gòu)符型面及壓料面進(jìn)行設(shè)置，模具壓料力采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論壓料力，翻邊、整形間隙按照理論料厚設(shè)置。

圖7 后工序模擬設(shè)置

4 表面質(zhì)量缺陷控制

采用圖8所示流程對(duì)后車門外板工藝設(shè)計(jì)階段面畸變?nèi)毕葸M(jìn)行控制，面畸變的檢測(cè)法主要通過(guò)斑馬線反射分析、油石分析等進(jìn)行檢查。

圖8 設(shè)計(jì)階段控制流程

5 模擬結(jié)果與調(diào)試出件結(jié)果對(duì)比分析

5.1 結(jié)果對(duì)比分析

通過(guò)對(duì)比分析模擬成形制件的斑馬線走勢(shì)（見(jiàn)圖9），在1、2、3、4區(qū)域的斑馬線出現(xiàn)不連續(xù)畸變。為了進(jìn)一步篩查表面質(zhì)量缺陷位置、范圍及缺陷區(qū)域在成形過(guò)程中的演化情況，對(duì)成形各工序模擬結(jié)果進(jìn)行油石后處理分析，如圖10所示。分析結(jié)果顯示隨著工序間制件定位、壓料及成形，缺陷數(shù)量出現(xiàn)不規(guī)則增減。對(duì)缺陷區(qū)域模面進(jìn)行強(qiáng)壓處理，模具零件型面首次研配著色85%狀態(tài)的調(diào)試出件檢測(cè)結(jié)果如圖11所示。對(duì)比圖10、圖11可知，經(jīng)過(guò)強(qiáng)壓研配后成形分析結(jié)果預(yù)測(cè)的部分缺陷未出現(xiàn)在調(diào)試生產(chǎn)的制件表面，如圖10（c）中3、4、5、6、9、14、15、16、18區(qū)域。

圖9 斑馬線分析結(jié)果

圖10 后處理油石結(jié)果

圖11 調(diào)試出件檢測(cè)結(jié)果

模擬結(jié)果與調(diào)試出件結(jié)果差異分析：①模擬分析中的摩擦邊界條件設(shè)置與調(diào)試出件的摩擦條件存在差異，分析中使用恒定的摩擦系數(shù)進(jìn)行設(shè)置，但制件成形過(guò)程中隨著成形速度、制件與模具零件型面接觸壓力的變化[8]，摩擦條件會(huì)產(chǎn)生一定范圍的波動(dòng)，導(dǎo)致制件成形后的應(yīng)力分布發(fā)生變化；②模擬分析中的設(shè)置與實(shí)際模具調(diào)試過(guò)程中在型面強(qiáng)壓區(qū)域、后工序壓料強(qiáng)度及翻邊間隙方面存在差異；③模擬分析中的材料力學(xué)性能參數(shù)與調(diào)試板料實(shí)際性能參數(shù)的差異。

5.2 摩擦系數(shù)影響分析

根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)主要研究摩擦條件對(duì)面畸變?nèi)毕蓊A(yù)測(cè)的影響。設(shè)置恒定摩擦系數(shù)分別為0.125、0.1，分析摩擦系數(shù)對(duì)表面質(zhì)量缺陷預(yù)測(cè)的影響，模擬后處理結(jié)果如圖12所示。由圖12可見(jiàn)，在不同的摩擦系數(shù)狀態(tài)下，后處理預(yù)測(cè)的表面質(zhì)量缺陷位置及缺陷區(qū)域范圍發(fā)生波動(dòng)。按照?qǐng)D13中的取點(diǎn)方式對(duì)3種摩擦系數(shù)狀態(tài)下的共有缺陷進(jìn)行取點(diǎn)分析，取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)缺陷高度在絕對(duì)值上未出現(xiàn)數(shù)量級(jí)波動(dòng)；以摩擦系數(shù)為0.15狀態(tài)下的缺陷高度值為基準(zhǔn)，根據(jù)公式（1）分析不同摩擦系數(shù)下的缺陷高度波動(dòng)情況，如圖14所示，缺陷高度值在-16.3%～28.6%內(nèi)波動(dòng)。

圖12 表面質(zhì)量缺陷后處理結(jié)果

圖13 缺陷高度對(duì)比分析

圖14 缺陷高度波動(dòng)分析

6 缺陷解決措施

在沖壓方案設(shè)計(jì)階段將能消除的表面質(zhì)量缺陷通過(guò)工藝設(shè)計(jì)手段消除；對(duì)于成形分析中遺留的部分缺陷，通過(guò)強(qiáng)壓、后續(xù)壓料面壓料強(qiáng)度控制及翻邊間隙控制的方式減輕或消除。通過(guò)2輪對(duì)強(qiáng)壓區(qū)域、后續(xù)壓料面壓料強(qiáng)度及翻邊間隙研修，消除制件2、3、4、5、6、7、8處的缺陷，如圖15所示。其中缺陷9只出現(xiàn)在單邊，說(shuō)明此缺陷可通過(guò)研修進(jìn)一步調(diào)整減輕或消除，缺陷10（1為對(duì)稱位置）在研修過(guò)程中存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，單邊在第一輪研修中消除，在第二輪研修中缺陷復(fù)現(xiàn)，需進(jìn)一步穩(wěn)定模具研配狀態(tài)。

圖15 研修后缺陷消除情況

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)成形結(jié)果的后處理可以顯示制件的表面質(zhì)量缺陷理論位置，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)可以進(jìn)一步對(duì)表面質(zhì)量缺陷的嚴(yán)重程度及可消除程度進(jìn)行判定，但由于成形模擬中的材料參數(shù)、摩擦模型及模具狀態(tài)與生產(chǎn)中實(shí)際狀態(tài)存在一定差異，造成模擬結(jié)果與調(diào)試結(jié)果的差異。后續(xù)需要進(jìn)一步研究材料參數(shù)波動(dòng)、摩擦模型的選擇及模具狀態(tài)的合理設(shè)置等，以提高成形模擬對(duì)表面質(zhì)量缺陷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。