基于Au toForm的轎車車門玻璃導軌沖壓工藝分析

宋林森，段傳棟，杜紫微，張德華

（長春理工大學，長春 130022）

0 引言

轎車車門玻璃導軌屬于薄板沖壓件，是車窗升降系統(tǒng)的重要組成部分，用焊接或螺栓固定于車門上，與窗框共同組成玻璃導向與保護機構，對車門玻璃的平穩(wěn)升降起到導向和限位重要作用[1]。但由于其形狀比較復雜，結構尺寸變化大，表面質量要求較高等原因，給實際加工帶來很多困難。

目前，隨著有限元和計算機技術的快速發(fā)展，尤其是AutoForm等沖壓模擬軟件的開發(fā)與應用，沖壓成形過程的計算機仿真技術已廣泛應用于大型汽車企業(yè)及其供應商的產(chǎn)品設計周期中，用以加速和改進產(chǎn)品設計，分析給定模具與工藝條件的板料沖壓變形過程，從而判斷模具和工藝方案的合理性[2,3]。由于每一次的仿真分析相當于一次試模過程，因此成熟的仿真技術不僅可以減少試模次數(shù)， 還可以在一定條件下使模具和工藝設計一次合格，避免修模，從而大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高產(chǎn)品的質量和市場競爭力[4]。

1 制件型面的特點分析

車門導軌的三維CAD模型圖如圖1所示。

從圖中可能看出，制件具有以下三個特點：

1）整體型面具有一定的弧度，長度約有330mm左右，而截面最窄處只有13.6mm；

圖1 車門玻璃導軌CAD圖

2）截面為“U”型槽，兩側設計為折彎結構，目的是卡住玻璃導槽，防止其脫落[1]；

3）制件兩側各有一條向內凹的筋，用以提高制件的強度，防止由于導軌強度不足引起變形，從而導致車門玻璃脫落[1]。

因此轎車車門玻璃導軌的沖壓難度主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1）由于制件截面太窄，使得凸模的強度差；

2）由于制件整體型面是一個弧形，并且截面的寬度為13.6mm，所以凸模強度較差；

3）由于制件結構存在內凹筋，沖壓過程中會使制件包裹在凸模上，因此向下退料會被內凹筋卡住，如果抽料會被制件凸起擋住，因此不能直接采用斜楔的方式進行沖壓。

2 工藝方案確定與沖壓工藝分析

2.1 沖壓工藝方案

根據(jù)使用條件，制件的型面的輪廓度要求比較高，壓彎的回彈角度控在±0.5°的范圍內，底平面的平面度要求是±0.5，同時制件的表面要求無起皺和拉裂等缺陷，不能看到壓痕。經(jīng)過分析，對制件成型工藝采取工藝方案如下：

1）OP10成形。由于制件兩側凹筋高度僅為1mm，為保證兩側凹筋的穩(wěn)定成形，方案中首先將兩側凹筋壓出，同時將中間一側向上凸起的圓弧一起壓出。這樣就可保證在后續(xù)OP30中圓弧壓平時兩側邊能自然翻起；

2）OP20修邊沖孔。通過試驗試出修邊線，同時在長方形孔和長圓形孔內分別沖直徑為5mm的工藝孔，用作后序的定位孔；

3）OP30 壓平。將中間的圓弧壓平，兩側邊自然翻起；

4）OP40 整形。由于上序兩側邊翻起沒有到位，因此重新整形，保證所有的形狀到位；

5）OP50沖孔。用外形定位，將方孔和長圓孔沖到位。

工序DL圖如圖2所示。

圖2 工序DL圖

2.2 沖壓工藝分析

AutoForm 軟件是由 AutoForm 工程股份有限公司專門針對汽車工業(yè)和金屬成形工業(yè)中的板料成形而開發(fā)的，用于優(yōu)化工藝方案和進行復雜型面的模具設計[5]。本文針對轎車車門玻璃導軌結構特點，采用AutoForm軟件對轎車車門玻璃導軌的沖壓工藝分析。

根據(jù)產(chǎn)品要求、沖壓理論和生產(chǎn)經(jīng)驗，分析參數(shù)設置為：材料：H220YD+Z50/50，厚度：1.0mm，坯料尺寸為340mm×65mm；成形類型：沖壓成形，成形力250t，摩擦因數(shù)f設置為0.15。如圖3所示為分析結果的成形極限圖( FLD)。FLD 可以綜合反映板料在復雜應力狀態(tài)下產(chǎn)生的塑性失穩(wěn)斷裂破壞情況，根據(jù)仿真結果顯示的FLD圖，可以迅速找出破壞的區(qū)域，采取相應措施改變局部受力狀態(tài)，提高成形性能[6]。

圖3 成型極限圖

從圖3可以看出絕大部分的點都集中在曲線的下方，說明了制件整體在沖壓過程中處于安全變形區(qū)，沒有破裂發(fā)生。而少量點位于曲線上方說明模具某處存在破裂可能，分析后確定為凸緣凸角處，原因是圓角半徑不合理導致應變較大。通過修改模具結構，此問題得到解決。

圖4、圖5是板料薄厚變化顯示云圖和板料變薄率顯示云圖。從圖中可以看出，制件表面的大部分地方分布很均勻，只是在局部的地方料厚和減薄率不均勻，最薄處為0.912 mm，屬合理范圍。由此可以說明制件工藝方案可行，在此條件下可以進行模具設計和模具制造。

圖4 板料薄厚變化顯示云圖

圖5 板料變薄率顯示變化云圖

3 模具結構設計

根據(jù)沖壓工藝仿真分析結果，，利用CATIA軟件完成了模具的三維設計，模具結構如圖6所示?？紤]到模具的總體尺寸，在保證了模具的使用性能前提下，為節(jié)約材料，降低成本，模具結構設計中采用了鋼板模具結構，即上下底板采用45號鋼，凸凹模采用耐摩性、強度、韌性都較好的Cr12M o V。由于機床的氣墊的動力受外界影響很大，為了保證整形模的穩(wěn)定性，設計中頂出器采用了壓力非常穩(wěn)定的氮氣彈簧，采用托桿作為頂出器的動力。該模具生產(chǎn)得到的產(chǎn)品樣件如圖7所示。經(jīng)檢測，該樣件與模擬結果比較吻合度達到94%。

圖6 模具結構圖

圖7 產(chǎn)品樣件圖

4 結論

1）詳細分析轎車車門玻璃導軌的結構特點和性能要求，制定了成型工藝方案，利用Au to fo rm軟件對制件的成型質量進行了仿真分析，為制件沖壓工藝方案設計的可行性與合理性提供了理論依據(jù)；

2）利用CATIA軟件完成了模具結構設計，進行了樣件生產(chǎn)。檢測結果表明：實際生產(chǎn)情況與模擬結果與吻合得很好。說明使用Auto form軟件對制件沖壓參數(shù)和制件的質量進行分析可為模具設計、制造提供可靠的數(shù)據(jù)和判斷依據(jù)，可有效的指導模具調試，減少實際試模次數(shù)，對于縮短制模周期，提高沖壓件成形質量具有重要的意義。

[1] 陳泉,鄭華春,張建森.汽車玻璃導軌結構對車窗升降的影響分析[J].上海:汽車與配件2001.10:36-37.

[2] 夏巨諶.中國模具設計大典 [M].南昌:江西科學技術出版社,2003.

[3] 陳文亮.板料成形CAE分析教程 [M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[4] 林忠欽.車身覆蓋件沖壓成形仿真[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[5] 趙迎祥,李飛舟.基于Autoform 的轎車引擎蓋板沖壓成形仿真的研究[J].沈陽:機械設計與制造2010.11:94-95.

[6] 張永波,王秀鳳,王積元.板料成形CAE設計及應用:基于AUTOFORM[M].北京:航空航天大學出版社,2010.