張 恒， 張?zhí)炱剑?雷 洋， 將慶順， 張玉成

（賽力斯汽車有限公司 產(chǎn)品與技術(shù)研發(fā)體系， 重慶 401335）

0 引 言

隨著國內(nèi)新能源汽車發(fā)展快速崛起，車身一體式壓鑄全鋁底盤、全鋁車身等得到廣泛運(yùn)用。鋁合金材料具有輕量化優(yōu)勢，已逐步替代傳統(tǒng)鋼板制造汽車車身和底盤等，以減輕汽車整車質(zhì)量，提高續(xù)航能力[1-2]。據(jù)統(tǒng)計整車每減輕100 kg，電池續(xù)航可以增加約11.4 km。

鋁合金塑性變形和彈性模量較鋼板小，回彈比鋼板大，開展鋁合金的回彈及控制方案研究有重要意義。趙子海等[3]用AutoForm 軟件模擬分析汽車鋁后門外板回彈規(guī)律，制定回彈補(bǔ)償方案，以修正模具，使零件回彈后形狀達(dá)到設(shè)計的精度要求。薛穎等[4]利用AutoForm 軟件進(jìn)行全工序模擬，基于板料流入量進(jìn)行模具調(diào)整，利用調(diào)壓墊片控制板料流動以減少回彈，最終生產(chǎn)表明，同步工程、回彈補(bǔ)償和調(diào)整板料流入量相結(jié)合能有效減少鋁板回彈。

目前采用回彈補(bǔ)償?shù)姆椒▽︿X合金零件沖模進(jìn)行修正的經(jīng)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)不足，供各模具廠、沖壓廠和整車廠生產(chǎn)汽車鋁合金覆蓋件參考數(shù)據(jù)有限?，F(xiàn)以某新能源汽車鋁合金前罩板為例，主要從前期模具設(shè)計回彈補(bǔ)償策略和后期調(diào)試整改2個階段，研究和驗(yàn)證鋁合金回彈控制方法和現(xiàn)場調(diào)試整改方案的有效性。

1 零件質(zhì)量問題

前罩板采用5182 鋁合金，料厚為0.9 mm，外形尺寸為1 753 mm×1 376 mm×150 mm，通過AutoForm分析得出零件側(cè)壁及法蘭邊有回彈趨勢，回彈最大值約為5 mm，如圖1 所示，在零件生產(chǎn)和整車焊接、裝配過程中存在零件回彈合格率低和整車裝配精度差的問題。

圖1 CAE分析前罩板回彈

1.1 零件回彈合格率低

在前罩板生產(chǎn)過程中，法蘭邊容易出現(xiàn)回彈和下塌，導(dǎo)致零件合格率低，不滿足裝車匹配要求（實(shí)測68%，標(biāo)準(zhǔn)90%以上）。零件局部法蘭邊面差三坐標(biāo)測量點(diǎn)如圖2 所示，其測量數(shù)據(jù)如表1 所示。由表1可知，零件法蘭邊尺寸狀態(tài)不穩(wěn)定、平行度較差，不滿足裝車匹配需求。

表1 法蘭邊面差三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù) mm

圖2 三坐標(biāo)測量點(diǎn)

1.2 整車裝配精度差

在后續(xù)焊裝車間輥邊和涂裝車間電泳處理后，前罩總成整體發(fā)軟且容易變形，導(dǎo)致整車前罩外觀間隙面差不滿足尺寸要求，前罩總成與前格柵燈匹配段差達(dá)到2.67～3.56 mm（標(biāo)準(zhǔn)為±0.7 mm）。

2 回彈原因分析

2.1 原材料

前罩板材料一般為DC03、DC04、DC05 鋼板和5182、6016 鋁合金，材料性能參數(shù)如表2 所示，5182和6016 鋁合金伸長率只有23%，屈服強(qiáng)度相比鋼板低，零件成形性較差，導(dǎo)致回彈加劇，所以鋁合金回彈趨勢較鋼板嚴(yán)重。

表2 材料性能參數(shù)

2.2 零件結(jié)構(gòu)

前罩板是汽車前罩的重要組成部分，需要提升整體剛度和強(qiáng)度以滿足C-NCAP 碰撞安全性能指標(biāo)，同時需要軟性的前罩板材料滿足PPS 行人保護(hù)性能指標(biāo)。因此前罩板剛性整體偏軟，強(qiáng)度較差，容易產(chǎn)生回彈[5]。前保險杠區(qū)域沒有增加控制回彈造型的CAE 分析（見圖1（a）），回彈值為2.6～4.9 mm；前保險杠區(qū)域沿車身長度方向增加控制回彈造型的CAE 分析如圖3所示，回彈值為1.5～1.7 mm，說明增加的造型可有效控制回彈，相同位置回彈減少1.0～2.5 mm。

圖3 增加造型后的回彈數(shù)據(jù)

2.3 CAE回彈補(bǔ)償方案

傳統(tǒng)燃油車前罩板材料一般為DC03、DC04、DC05 鋼板，鋁合金前罩板使用較少，廠家在鋼板模具開發(fā)及制作方面經(jīng)驗(yàn)豐富，鋁板模具開發(fā)及制作經(jīng)驗(yàn)相對不足。在對零件進(jìn)行CAE 模擬分析時，鋼板理論回彈補(bǔ)償方案一般為1∶2（回彈補(bǔ)償量是CAE 模擬回彈數(shù)據(jù)的2倍），鋁合金理論回彈補(bǔ)償方案一般為1∶4（回彈補(bǔ)償量是CAE模擬回彈數(shù)據(jù)的4倍），所以鋁合金回彈補(bǔ)償方案更復(fù)雜多變，導(dǎo)致零件質(zhì)量狀態(tài)不穩(wěn)定、合格率低。

3 制定整改方案

在模具設(shè)計階段，采用AutoForm 分析軟件對零件進(jìn)行全工序CAE 模擬分析，得出理論回彈數(shù)據(jù)，結(jié)合鋁合金零件現(xiàn)場整改經(jīng)驗(yàn)，從沖壓工藝、回彈補(bǔ)償策略、現(xiàn)場整改等方面對零件回彈進(jìn)行整改。

3.1 沖壓工藝

根據(jù)前罩板零件結(jié)構(gòu)和沖壓生產(chǎn)要求，零件沖壓工藝設(shè)計為OP10 拉深→OP20 修邊沖孔→OP30修邊沖孔→OP40 整形沖孔。在拉深時零件所有型面已成形到位，后續(xù)不帶余量整形為后期現(xiàn)場調(diào)試匹配整改法蘭邊預(yù)留空間，如圖4所示。

圖4 沖壓工序

3.2 回彈補(bǔ)償策略

通過沖壓模擬軟件AutoForm 對零件進(jìn)行CAE分析，零件成形極限如圖5（a）所示，無開裂風(fēng)險，零件減薄率如圖5（b）所示，減薄率為8%～13%，滿足＜15%要求。

圖5 成形性分析

零件回彈補(bǔ)償前CAE 分析見圖1（a）所示，零件輥邊周圈的法蘭邊回彈較嚴(yán)重，回彈值為1～5 mm，不滿足±0.5 mm 的公差要求。針對回彈問題，結(jié)合CAE 分析結(jié)果和現(xiàn)場整改經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計整體補(bǔ)償策略：OP10 拉深補(bǔ)償1.5～4.0 mm，OP20 型面符型拉深回彈，OP30 型面符型零件，OP40 型面符型零件，如圖6（a）所示。按最新補(bǔ)償方案進(jìn)行CAE 驗(yàn)證，回彈值為±0.4 mm，滿足±0.5 mm 的公差要求，如圖6（b）所示。

圖6 回彈補(bǔ)償策略

3.3 現(xiàn)場調(diào)試整改

模具設(shè)計完成后，進(jìn)入后續(xù)調(diào)試整改階段，首先將全工序模具零件研合率提升到85%以上，如圖7 所示。模具零件型面研合率達(dá)標(biāo)后成形該零件，使用檢具測量零件，零件上設(shè)置9個基準(zhǔn)測量點(diǎn)，如圖8 所示，其中有4 個基準(zhǔn)回彈在0.3～1.2 mm，零件不合格（基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)為±0.2 mm），如表3 所示，零件整體合格率為68%，不滿足90%的合格率標(biāo)準(zhǔn)。

表3 基準(zhǔn)三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù) mm

圖8 基準(zhǔn)測量點(diǎn)

對零件各工序件進(jìn)行藍(lán)光掃描，將掃描結(jié)果與零件數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，如圖9所示，回彈趨勢與三坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)基本一致。根據(jù)掃描和測量結(jié)果制定下一步回彈補(bǔ)償策略：OP10 型面補(bǔ)償-2.0～2.5 mm，OP20 符型OP10 型面，OP30 符型OP20 型面，OP40符型OP30型面，整改方案如圖10所示

圖9 各工序擬合掃描

圖10 整改方案

4 驗(yàn)證結(jié)果

從首輪全工序件開始用時4 個月，利用CAE 模擬驗(yàn)證分析，同時結(jié)合鋁合金模具開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場調(diào)試整改4～5 輪（包含2 輪全工序模具零件整體降低型面-2.0～2.5 mm）。整改后零件成形效果較好，9個基準(zhǔn)面全部貼合，零件合格率在90%以上，滿足整車尺寸裝配要求，如圖11所示。

圖11 零件檢測

5 結(jié)束語

通過對鋁合金前罩板前期模具設(shè)計回彈補(bǔ)償策略和后期調(diào)試整改2 個階段進(jìn)行全量分析，制定回彈策略并現(xiàn)場整改驗(yàn)證，為后續(xù)鋁合金零件模具開發(fā)積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

（1）在零件工程設(shè)計階段，零件容易產(chǎn)生回彈的位置需要增加造型，提高屈服強(qiáng)度從而有效控制回彈。

（2）在模具設(shè)計開發(fā)階段，回彈補(bǔ)償策略補(bǔ)償量由鋼板的1∶2增加到鋁合金板的1∶3～1∶5，并且模具工作型面厚度較鋼板模具增加20 mm，為后期做降型整改預(yù)留調(diào)整量。

（3）在模具調(diào)試階段，鋁合金較鋼板多預(yù)留2～3個月質(zhì)量提升周期。