文／王雙枝，高雙明，楊誼麗·安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司

隨著汽車外覆蓋件制造品質(zhì)要求越來越高，對零件回彈的控制需求愈加迫切，國內(nèi)外各大汽車制造廠商及高校學(xué)者都對回彈補(bǔ)償問題給予了高度重視，使得近年來板材回彈及回彈補(bǔ)償?shù)母鞣N理論研究得到大幅的發(fā)展，各種板材成形理論、回彈補(bǔ)償方法和技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

理論和實(shí)踐表明，準(zhǔn)確地預(yù)測沖壓件回彈量、高精度的工藝回彈補(bǔ)償、高質(zhì)量的A 面重構(gòu)是實(shí)現(xiàn)沖壓件精度控制的有效措施，對于降低沖壓件的制造成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期具有非常重要的意義。本文基于某車型側(cè)圍外板的開發(fā)過程進(jìn)行回彈補(bǔ)償方法的研究。

零件回彈機(jī)理

回彈是材料成形后卸載過程產(chǎn)生的反向彈性變形，是板料沖壓成形過程中存在的一種普遍現(xiàn)象。在彎曲過程中，回彈現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，對零件的尺寸精度、外觀品質(zhì)產(chǎn)生很大的影響。

金屬材料微觀上呈現(xiàn)多晶體結(jié)構(gòu)，即由大量細(xì)小晶粒無規(guī)則地組合而成，而其中每一顆晶粒是金屬原子的有序排列。金屬學(xué)研究指出，晶體中主要存在兩種不同的變形機(jī)制，一種是彈性機(jī)制，它表現(xiàn)為應(yīng)力場作用下金屬原子間距離的改變，這種改變不是永久的，當(dāng)應(yīng)力場消失時，原子間距將回到正常狀態(tài)，這是金屬材料宏觀彈性變形的根本原因。晶粒的另一種變形機(jī)制是滑移機(jī)制，它表現(xiàn)為晶粒中相鄰部分間的滑移或錯動，當(dāng)應(yīng)力場作用下晶粒中相鄰原子間距超過原子間引力場作用范圍，會在某些特定的取向平面上產(chǎn)生滑動，造成晶粒的永久變形，應(yīng)力場消失后滑移變形仍然保留，這是金屬材料宏觀塑性變形的根本原因。晶體滑移變形示意圖如圖1 所示。

圖1 晶體滑移變形示意圖

某車型側(cè)圍外板

側(cè)圍外板是汽車整車外覆蓋件中重要的零件之一，具有形狀復(fù)雜、材料薄、外形尺寸大、表面質(zhì)量要求高、成形難度大等特點(diǎn)。往往是整車試制過程中，影響沖壓件品質(zhì)是否能夠按期達(dá)標(biāo)的瓶頸零件。本文介紹的側(cè)圍外板，零件三維尺寸2793mm×1270mm×384mm，材質(zhì)為DC54D+ZF 45/45，料厚為0.65mm，如圖2 所示。

圖2 側(cè)圍外板零件

基礎(chǔ)回彈分析

為了得到精確、可靠的全工序分析文件作為回彈補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)，在進(jìn)行回彈補(bǔ)償操作前，通過合理地設(shè)置噪音變量，對沖壓工藝進(jìn)行穩(wěn)健性分析確認(rèn)，排除因?yàn)楣に嚰安牧系仍胍粢蛩貙貜椊Y(jié)果分析的影響。

工藝穩(wěn)健性確認(rèn)滿足要求后，對側(cè)圍外板的基礎(chǔ)回彈進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3 所示。分析結(jié)果表明：A 面區(qū)域回彈量較大的區(qū)域分別是上邊梁后部、尾燈上部、腰線下部中間區(qū)域和輪眉下部。其中：上邊梁后部回彈最大值為+1.074mm，尾燈上部回彈最大值為+2.302mm，腰線下部A 面中間回彈最大值為+1.135mm，輪眉下部回彈最大值為+1.761mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取A 面回彈評價點(diǎn)進(jìn)行符合率統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)A 面合格率為68.75%，嚴(yán)重超過外板A 面精度質(zhì)量要求，必須進(jìn)行回彈補(bǔ)償。

圖3 側(cè)圍外板基礎(chǔ)回彈

回彈補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)

RPS 合理性確認(rèn)

大型外覆蓋件尺寸大，造型存在面積較大的平緩A 面，所用薄板材質(zhì)較軟，整體剛性較差，易變形，零件定位支撐后受自身重力影響比較大，直接影響零件測量結(jié)果的真實(shí)性。因此，判斷定位的合理性為開展回彈補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)的先決條件。

根據(jù)尺寸分組提供的RPS點(diǎn)位置，使用AUTOFORM軟件進(jìn)行零件重力分析，通過對側(cè)圍外板原始RPS 點(diǎn)的位置進(jìn)行優(yōu)化，將檢測過程中的重力影響降低至最低。最終回彈區(qū)域具有一定的整體連續(xù)性，偏置數(shù)據(jù)在±0.5mm 以內(nèi)，且單個夾持力小于等于10N，保證了回彈分析的結(jié)果更接近實(shí)際，優(yōu)化后的RPS 點(diǎn)分布及偏置數(shù)值如圖4 所示。

圖4 側(cè)圍外板RPS 合理性評價

回彈補(bǔ)償方案選擇

通過基礎(chǔ)回彈分析，可以看出側(cè)圍上邊梁后部、尾燈上部、腰線下部中間區(qū)域和輪眉下部存在較大的回彈，基于零件復(fù)雜程度和造型面質(zhì)量角度考慮，最終側(cè)圍外板采用全工序補(bǔ)償方案。OP10 補(bǔ)償拉延序產(chǎn)生的回彈區(qū)域，OP20 基于OP10 拉延后符型補(bǔ)償，OP30/OP40 部分繼承OP10，并額外增加翻整面區(qū)域補(bǔ)償，其余型面與產(chǎn)品相同。

側(cè)圍外板的具體成形方案：OP10 拉延→OP20 修邊+側(cè)修邊+沖孔+側(cè)沖孔+整形→OP30 修邊+沖孔+翻邊+整形+側(cè)整形→OP40 修邊+側(cè)修邊+沖孔+側(cè)沖孔+翻邊+側(cè)翻邊+整形。結(jié)合成形方案，根據(jù)零件特點(diǎn)將側(cè)圍外板劃分為12 個區(qū)域，在不同工序分別制定不同的補(bǔ)償方案，如區(qū)域1 在OP10 拉延工序進(jìn)行補(bǔ)償，OP10 繼承進(jìn)行符型補(bǔ)償；區(qū)域8 僅在OP10 拉延工序進(jìn)行補(bǔ)償，其他區(qū)域的補(bǔ)償方案如圖5 所示。

圖5 側(cè)圍外板回彈補(bǔ)償方案

回彈補(bǔ)償方案仿真驗(yàn)證

按照制定的回彈補(bǔ)償方案優(yōu)化各工序模面結(jié)構(gòu)后，CAE 回彈分析結(jié)果如圖6 所示，上邊梁后部回彈最大值由+1.074mm 減小到-0.242mm，尾燈上部回彈最大值由+2.302mm 減小到+0.045mm，腰線下部A 面中間回彈最大值由+1.135 減小到+0.502mm，輪眉下部回彈最大值由+1.761mm 減小到+0.322mm。最終A 面合格率達(dá)到97.92%，回彈補(bǔ)償CAE 分析結(jié)果達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。

圖6 側(cè)圍外板補(bǔ)償后回彈

A 面重構(gòu)及曲面質(zhì)量分析

根據(jù)制定補(bǔ)償策略利用Catia進(jìn)行A級曲面重構(gòu)，通過不斷優(yōu)化曲面光順系數(shù)以及數(shù)字化變形參數(shù)迭代分析，完成A 面重構(gòu)工作。

由于側(cè)圍外板為整車最為重要的外觀覆蓋件，有較高A 面質(zhì)量要求。所以對重構(gòu)前后A 面質(zhì)量從斑馬線檢查、曲率梳分析、凸凹性三個方面進(jìn)行曲面質(zhì)量分析，分析結(jié)果如圖7 所示。通過對比分析發(fā)現(xiàn)側(cè)圍外板在補(bǔ)償前后，制件光影跟造型基本一致，重構(gòu)A 面質(zhì)量符合質(zhì)量要求。

圖7 側(cè)圍外板重構(gòu)A 面質(zhì)量檢查

零件實(shí)物驗(yàn)證

零件精度符合性確認(rèn)

工裝開發(fā)過程中，嚴(yán)格控制模具間隙、模具研合狀態(tài)、坯料流入量、調(diào)試參數(shù)等工藝信息接近理論參考值，保證實(shí)物回彈補(bǔ)償效果驗(yàn)證的真實(shí)性。

利用藍(lán)光掃描對首輪全工序樣件進(jìn)行掃描回彈補(bǔ)償后A 面精度確認(rèn)，通過實(shí)物藍(lán)光掃描云圖分析對比發(fā)現(xiàn)，側(cè)圍外板整體回彈趨勢與CAE 分析狀態(tài)基本一致，整件外觀A 面符合率為93.75%(圖8)，略低于理論值，達(dá)到項(xiàng)目指標(biāo)要求。最終零件A 面精度是否滿足要求，以實(shí)際裝車驗(yàn)證為準(zhǔn)。

圖8 側(cè)圍外板藍(lán)光掃描結(jié)果

零件外觀符合性確認(rèn)

側(cè)圍外觀符合性確認(rèn)，可以將側(cè)圍外板表面涂抹高亮油，放置在專業(yè)模擬圓柱形光源的AUDIT 評審房環(huán)境中，通過檢查零件的斑馬紋，以確認(rèn)理論與實(shí)際審查狀態(tài)是否一致。通過對比分析，實(shí)物零件的斑馬紋走向與產(chǎn)品設(shè)計(jì)狀態(tài)基本一致(圖9)，滿足產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)意圖，達(dá)成預(yù)期效果。

圖9 側(cè)圍外板外觀檢查結(jié)果

結(jié)束語

本文借助Autoform 軟件對某車型側(cè)圍外板進(jìn)行沖壓仿真分析，基于穩(wěn)定有效的回彈計(jì)算結(jié)果，制定合理的回彈補(bǔ)償策略，對不同工序的型面進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)補(bǔ)償設(shè)置，基于CATIA 軟件對A 面進(jìn)行重構(gòu)，并進(jìn)行型面質(zhì)量檢查，合格后進(jìn)行實(shí)物開發(fā)驗(yàn)證，驗(yàn)證效果良好，有效降低了零件調(diào)試周期，達(dá)成了預(yù)期效果，對后期項(xiàng)目側(cè)圍外板開發(fā)具有重要的借鑒意義。