文/包云發(fā)·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

本文通過案例介紹新能源汽車行李廂外板在拉延過程中肩膀頭處出現(xiàn)的拉裂、縮頸、皺的現(xiàn)象，運(yùn)用數(shù)字化模擬技術(shù)系統(tǒng)性查找分析問題原因，從網(wǎng)格分析、CAE 仿真試驗(yàn)、最終調(diào)試方法等幾個(gè)方面，詳細(xì)介紹解決生產(chǎn)過程中新能源汽車行李廂外板肩膀頭區(qū)域缺陷的方法。

行李廂外板肩膀頭區(qū)域缺陷類型

隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，新能源汽車模具對(duì)于數(shù)字化的需求也越來(lái)越多。行李廂外板是新能源汽車車身上中型外板件(圖1)，產(chǎn)品尺寸大、形狀復(fù)雜、表面質(zhì)量要求高，任何微小的缺陷都可能會(huì)影響到整車的美觀性。其中，影響行李廂穩(wěn)定性最主要原因就是出現(xiàn)拉裂、縮頸、皺等缺陷，這些缺陷很容易造成極大的成本浪費(fèi)。缺陷形式分為3 種：左側(cè)立面拉裂(圖2)，右側(cè)立面縮頸(圖3)，右側(cè)三角立面皺(圖4)。

圖1 行李廂外板

圖2 拉裂

圖3 縮頸

圖4 皺

利用數(shù)字化模擬識(shí)別缺陷產(chǎn)生原因

網(wǎng)格分析(拉裂、縮頸)

網(wǎng)格試驗(yàn)是板料沖壓成形過程中的一種物理模擬技術(shù)，對(duì)新能源汽車深沖薄板進(jìn)行沖壓成形研究有十分重要的意義。網(wǎng)格試驗(yàn)是通過網(wǎng)格印制技術(shù)在板料上印制網(wǎng)格，根據(jù)零件沖壓中危險(xiǎn)部位的特征與成形極限圖來(lái)分析網(wǎng)格的變形特點(diǎn)，判斷板料在成形過程中的流動(dòng)方向及變化趨勢(shì)。結(jié)合缺陷處受力分析，從而制定優(yōu)化制件質(zhì)量方案來(lái)解決問題，指導(dǎo)生產(chǎn)。常溫下網(wǎng)格試驗(yàn)，清洗及涂油流入量和正常生產(chǎn)件一致，對(duì)86#卷和100#卷材料進(jìn)行網(wǎng)格試驗(yàn)，力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 86#卷和100#卷材料網(wǎng)格試驗(yàn)力學(xué)性能

86#卷料試驗(yàn)結(jié)果為，網(wǎng)格試驗(yàn)左右兩側(cè)肩膀頭4 個(gè)點(diǎn)(圖5)，A 區(qū)域安全裕度為21.9%；B 區(qū)域安全裕度為14.4%；C 區(qū)域安全裕度為23.9%；D 區(qū)域安全裕度為3.9%；其中D 區(qū)域安全裕度最低，為3.9%(圖6)，最大減薄率26.4%(圖7)，處于臨界狀態(tài)，沖壓時(shí)易發(fā)生縮頸開裂，需提高零件的成形安全裕度。

圖5 86#卷料網(wǎng)格試驗(yàn)肩膀頭4 個(gè)點(diǎn)

圖6 成形極限圖

圖7 減薄率

100#卷料試驗(yàn)結(jié)果為，網(wǎng)格試驗(yàn)左右兩側(cè)肩膀頭4 個(gè)點(diǎn)(圖8)，A 區(qū)域安全裕度為28.2%；B 區(qū)域安全裕度為13.3%；C 區(qū)域安全裕度為29.2%；D區(qū)域安全裕度為3.6%；其中D 區(qū)域安全裕度最低，為3.6%(圖9)，最大減薄率24.3%(圖10)，處于臨界狀態(tài)，沖壓時(shí)易發(fā)生縮頸開裂，需提高零件的成形安全裕度。

圖8 100#卷料網(wǎng)格試驗(yàn)肩膀頭4 個(gè)點(diǎn)

圖9 成形極限圖

圖10 減薄率

最終結(jié)果為，不同卷號(hào)材料在同等條件下，嘗試網(wǎng)格試驗(yàn)狀態(tài)基本一致。左側(cè)B 區(qū)域、右側(cè)D 區(qū)域側(cè)壁處于拉深—壓縮成形，縱向受拉，橫向受壓，沖壓時(shí)易發(fā)生縮頸開裂，需提高零件的成形安全裕度。

利用拉延模擬分析(皺)

右肩膀頭三角區(qū)皺和立面縮頸總是交替出現(xiàn)，皺減輕縮頸就重，縮頸減輕皺就加重，嚴(yán)重困擾了生產(chǎn)效率的提升，并且有漏檢出現(xiàn)質(zhì)量事故的風(fēng)險(xiǎn)，利用OP20 拉延模擬展示得出縮頸和皺產(chǎn)生的原理(圖11)。結(jié)論：縮頸是先產(chǎn)生成形；皺是接近下死點(diǎn)才出現(xiàn)的；由于肩膀區(qū)域?qū)儆谧冃蝿×仪叶嗔蠀^(qū)域，變形狀態(tài)復(fù)雜，控制縮頸和起皺工藝措施需相互配合調(diào)整。

圖11 拉延模擬利用階段成形法

利用CAE 仿真試驗(yàn)給出問題解決措施

左B 區(qū)、右D 區(qū)立面(拉裂、縮頸)

措施一，可通過減小主應(yīng)變和增大次應(yīng)變來(lái)提高安全裕度，加大風(fēng)擋內(nèi)部工藝孔尺寸(圖12)；措施二，可通過減小主應(yīng)變和增大次應(yīng)變來(lái)提高安全裕度，加大內(nèi)部成形筋槽R6～15mm，局部研放凸模成形R角，并提高R 角光潔(圖13)。

圖12 加大風(fēng)擋內(nèi)部工藝孔尺寸,減薄率降低2%

圖13 加大R 角，減薄率降低2.5%

右D 區(qū)三角面(皺)

通過拉延模擬分析得出的結(jié)論：縮頸是先產(chǎn)生成形；皺是接近下死點(diǎn)才出現(xiàn)的；而且這兩側(cè)缺陷同時(shí)存在，并且現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)整方式都會(huì)存在相互的制約關(guān)系，所以需要綜合考慮兩者的走料趨勢(shì)；措施一，提升凸模工藝補(bǔ)充高度，在拉延到底時(shí)進(jìn)行拽料減輕三角區(qū)皺(圖14)；措施二，延伸外側(cè)壓邊圈的筋槽長(zhǎng)度，增大三角區(qū)次應(yīng)變來(lái)控制走料趨勢(shì)，減輕三角區(qū)皺(圖15)。提升工藝凸包高度、延長(zhǎng)外拉延筋可以改善三角面起皺，但同時(shí)會(huì)加重肩膀減薄，需要和控制頸縮措施搭配使用。

圖14 提升凸模工藝補(bǔ)充高度

圖15 延伸筋槽長(zhǎng)度，次應(yīng)變降低0.005

結(jié)束語(yǔ)

新能源汽車行李廂外板成形穩(wěn)定性的提升，主要靠提高拉延的成形裕度，減少波動(dòng)性。新能源汽車工業(yè)快速發(fā)展的今天，要求維修人員學(xué)習(xí)更多的新能源汽車的相關(guān)知識(shí)，掌握先進(jìn)新能源汽車的技術(shù)，并借助相關(guān)儀器進(jìn)行獨(dú)立分析，解決一些拉深模具成形過程中疑難缺陷問題。理論與實(shí)踐的相互結(jié)合創(chuàng)造出不同的維修技術(shù)，這樣才能夠提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高模具質(zhì)量，提高工作質(zhì)量，減少工作廢品率和材料浪費(fèi)，以保證我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)與國(guó)際接軌，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際市場(chǎng)占有一席之地。