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

隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈程度的增加，汽車制造成本壓力也顯著增大。對(duì)于轎車，白車身原材料鋼材是車身采購(gòu)成本的重要組成部分，提升車身材料利用率是降低車身成本的重要方法。側(cè)圍是白車身重要組成部件，且側(cè)圍材料利用率通常低于白車身材料平均利用率，在確定產(chǎn)品造型后，如何提高側(cè)圍材料利用率值得研究。

1 問(wèn)題分析

側(cè)圍板料落料模沖裁形狀如圖1所示，側(cè)圍材料利用率按照公式（1）有2種計(jì)算方法：①以落料前板料的質(zhì)量作為基準(zhǔn)（采購(gòu)卷料，圖1所示料片外形區(qū)）；②以落料后板料的質(zhì)量作為基準(zhǔn)（采購(gòu)落料后料片，圖1所示有效板料區(qū)）。提高側(cè)圍材料利用率的方法是從減輕沖壓料片質(zhì)量為基準(zhǔn)出發(fā)，根據(jù)側(cè)圍沖壓工藝特點(diǎn)，對(duì)側(cè)圍板料形狀各邊按照?qǐng)D2標(biāo)示。對(duì)于計(jì)算方法①需要減小圖2中邊1與邊5的距離及邊3與邊8的距離；其余邊位置對(duì)材料利用率的提升無(wú)貢獻(xiàn)；對(duì)于計(jì)算方法②需要通過(guò)減輕落料料片質(zhì)量及落料前板料質(zhì)量以提高材料利用率；需要在方法①對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)上調(diào)整其余邊的位置及尺寸，使落料板料質(zhì)量最小化。

圖1 側(cè)圍落料形狀分區(qū)

圖2 典型側(cè)圍板料形狀

2 材料利用率提升方法

側(cè)圍材料利用率提升方法如圖3所示，通過(guò)降低料片質(zhì)量和廢料再利用的方式提高利用率；其中降低料片質(zhì)量主要通過(guò)：①落料排樣在料片切斷處采用波浪形狀，減小送料步距，以減輕料片質(zhì)量達(dá)到提升材料利用率的目的；②通過(guò)沖壓工藝方案優(yōu)化拉深深度、拉深筋形狀、補(bǔ)充面及分模線，減輕有效板料區(qū)質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)材料利用率的提升。

圖3 側(cè)圍材料利用率提升方法

確定制件沖壓方向需要考慮控制制件棱線滑移、制件整體沖壓平衡（拔模角度及拉深深度等）、后續(xù)基準(zhǔn)孔沖孔角度等；沖壓工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)需要考慮壓料過(guò)程及后續(xù)成形過(guò)程中板料的起皺，同時(shí)壓料面不能高于成形制件的最低點(diǎn)；補(bǔ)充面形狀及拉深深度需考慮控制成形制件區(qū)域材料整體減薄率、塑性應(yīng)變、最小次應(yīng)變、凹模入口沖擊線及材料利用率等關(guān)鍵點(diǎn)。

2.1 拉深深度優(yōu)化

側(cè)圍拉深沖壓工藝補(bǔ)充面按照與相鄰制件毗鄰位置可以分為圖4所示1～8個(gè)典型區(qū)域。根據(jù)側(cè)圍形狀特點(diǎn)，可以將補(bǔ)充面分為三大區(qū)域：區(qū)域一：1、4、5、6；區(qū)域二：2、3；區(qū)域三：7、8；區(qū)域一包含與相鄰制件安裝的法蘭邊，區(qū)域一的拉深深度取決于深度最淺的法蘭邊；區(qū)域二為優(yōu)化拉深深度關(guān)鍵區(qū)域，此區(qū)域?qū)?yīng)形狀如圖5所示，修邊方式可以采用側(cè)修邊，對(duì)應(yīng)拉深深度較深；采用正修邊對(duì)應(yīng)拉深深度較淺；區(qū)域三拉深深度根據(jù)區(qū)域一、二綜合確定。

圖4 側(cè)圍拉深工藝補(bǔ)充面分區(qū)

圖5 修邊方式

2.2 補(bǔ)充面及分模線優(yōu)化

根據(jù)拉深成形后板料線邊緣與拉深筋中心線的距離及落料板料線形狀，確定板料尺寸關(guān)鍵點(diǎn)如圖6所示。對(duì)板料尺寸關(guān)鍵點(diǎn)位置的分模線進(jìn)行優(yōu)化處理：與門(mén)洞內(nèi)補(bǔ)充形狀配合，優(yōu)化點(diǎn)2、3、4對(duì)應(yīng)邊補(bǔ)充面拔模角度；優(yōu)化點(diǎn)5、6處壓料面形狀、補(bǔ)充面拔模角度及分模線；優(yōu)化點(diǎn)7處補(bǔ)充面形狀、拔模角度及分模線形狀。

圖6 有效板料尺寸關(guān)鍵點(diǎn)

2.3 拉深筋形狀優(yōu)化

由于側(cè)圍及補(bǔ)充面的形狀特點(diǎn)，根據(jù)成形性對(duì)拉深過(guò)程中板料流入需求，一般在圖7所示的邊1、2、3、4、6、7、8設(shè)計(jì)雙筋或局部雙筋。將普通的雙圓筋更改為同阻力系數(shù)的拉深檻加圓筋的雙筋形式，縮短拉深筋部位廢料線長(zhǎng)。以圖8（a）所示形狀的圓筋（線長(zhǎng)18.25 mm）為例，更改為同樣阻力的拉深檻（7.28 mm），如圖8（b）所示，分析結(jié)果如圖8（c）、（d）所示，拉深筋部位線長(zhǎng)相對(duì)于圓筋縮短10.97 mm，達(dá)到減少?gòu)U料及板料尺寸、提升材料利用率的目的。

圖7 側(cè)圍拉深筋典型分布方式

圖8 拉深筋形狀優(yōu)化

3 優(yōu)化前后對(duì)比分析

側(cè)圍是白車身的重要組成部件，側(cè)圍既包含外露面（A面），也包含非外露面；側(cè)圍產(chǎn)品面根據(jù)不同位置可分為圖9所示的A、B、C、D區(qū)。沖壓工藝設(shè)計(jì)及工序排布需要保證：A面面品質(zhì)量、與相鄰件配合面尺寸公差、與相鄰制件棱線/圓角連接、孔位孔徑及修邊線滿足要求等。

圖9 側(cè)圍產(chǎn)品面分區(qū)

3.1 材料力學(xué)性能

板料材料牌號(hào)為DC06，料厚為0.7 mm，材料力學(xué)性能如表1所示。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。

表1 材料力學(xué)性能

3.2 拉深成形有限元模型

拉深成形參數(shù)設(shè)置：壓邊力1 800 kN，拉深行程200 mm，摩擦系數(shù)0.15，板料初始網(wǎng)格20 mm；由于壓料面弧度較大，在板料送料方向前后設(shè)置擋料器，如圖10所示。

圖10 拉深有限元模型設(shè)置

3.3 結(jié)果對(duì)比分析

對(duì)比分析優(yōu)化前、后制件成形的最小次應(yīng)變分布及A面潛在缺陷，如圖11、圖12所示。從圖11、圖12可知，優(yōu)化后的淺拉深與優(yōu)化前深拉深A(yù)面區(qū)域最小次應(yīng)力分布情況除局部區(qū)域外未發(fā)生明顯變化；優(yōu)化后的A面潛在缺陷位置除1、5處與優(yōu)化前位置相同外，優(yōu)化后缺陷數(shù)量和位置均發(fā)生變化，但缺陷嚴(yán)重程度屬于同一數(shù)量級(jí)，對(duì)優(yōu)化后面品缺陷潛在區(qū)域進(jìn)行型面強(qiáng)壓預(yù)處理。

圖11 最小次應(yīng)變對(duì)比分析

圖12 A面潛在缺陷對(duì)比分析

優(yōu)化前后板料輪廓線如圖13所示，材料利用率對(duì)比如圖14所示，對(duì)于采用卷料模式優(yōu)化后計(jì)算材料利用率提升了2.5%；對(duì)于采購(gòu)落料料片的方式優(yōu)化后材料利用率提升了6.7%。對(duì)優(yōu)化后面品缺陷潛在區(qū)域進(jìn)行模面強(qiáng)壓預(yù)處理，成形的制件如圖15所示。

圖13 優(yōu)化前后板料線輪廓對(duì)比

圖14 優(yōu)化前后材料利用率對(duì)比

圖15 成形的制件

4 結(jié)束語(yǔ)

從最小板料尺寸考慮，通過(guò)降低拉深深度、改變拉深筋形狀、優(yōu)化補(bǔ)充面及分模線以達(dá)到提升側(cè)圍材料利用率的目的。為了進(jìn)一步提升側(cè)圍材料利用率，還可以從以下方面考慮：落料料片切斷處板料邊線改為波浪形狀減小送料步距、門(mén)洞廢料再利用或套件沖壓、制件分縫線優(yōu)化等。