某車型地板拉延模面優化設計

劉莉，江波，王肖英，黃永生

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某車型地板拉延模面優化設計

劉莉，江波，王肖英，黃永生

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

對某車型地板進行沖壓拉延模面設計，通過軟件對創建的拉延模面CAE分析優化，對過程中產生的破裂、起皺質量問題提出解決方案，優化模面，得出最優設計方案。

地板；模面設計；CAE分析

KCLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)03-25-03

前言

隨著生活水平的提高，汽車已經成為生活中不可缺少的交通工具，人們不僅對汽車質量要求越來越高，對其外觀品質的要求也在逐步提升。汽車覆蓋件是影響汽車質量、外觀品質中最難控制的組成部分，具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大和質量要求高等特點，這給覆蓋件成形的關鍵工序例如拉延，提出了很高的要求，這也是車身制造技術的難點和關鍵。近年來，國內外各大汽車制造企業都將車身外形的設計和制造能力作為衡量汽車，特別是轎車車型開發水平的重要標志，為此，世界各國均投入了大量的人力和財力開展汽車覆蓋件設計及其制造技術的研究與開發。合理的成形模面工藝設計決定覆蓋件能否順利成形的關鍵，它將直接關系到產品的質量、成本、生產效率以及模具的使用壽命等方面。覆蓋件工藝設計及其關鍵技術已成為人們研究的熱點。本文針對某車型地板拉延工藝進行優化分析，利用CAE分析軟件AUTOFORM進行模擬優化，得出滿足工藝的模面設計，保證產品質量，為模具設計提供強有力的保障。

1、地板拉深成型性能

圖1 零件圖

地板材質為DC04，料厚為0.7mm，零件長1244mm，寬699mm，高270mm。零件形狀較為復雜，局部R角過尖，起伏較大，拉延深度深，存在反拉伸特征，成形性較差容易產生起皺、破裂等質量缺陷。在車身裝配關系方面，該零件要求有一定強度，周邊搭接關系復雜，產品表面質量直接影響整車白車身精度，這就要求拉延充分且減薄率不超過30%的極限[1]。零件圖見圖1。

2、拉延模面設計的主要因素

拉延模面的設計是零件工藝設計的關鍵，是決定能否拉伸出滿意制件的先決條件，同時需考慮后續工藝的方便性，主要考慮因素包括確定沖壓方向，設置壓料面，繪制工藝補充，確定拉延筋布置［2］。

2.1 沖壓方向

沖壓方向設計合理與否，不但決定了能否拉延出滿意的拉延件來，而且影響到工藝補充部分的多少和壓料面形狀。有些形狀復雜的拉延件往往會由于沖壓方向確定不當，而拉延不出滿意的拉延件，只好改變沖壓方向，這樣就需要修改拉延模。有些拉延模是很難或無法修改的，需重新設計和制造拉延模，同時還必須相應地修改拉延以后的沖模，所以沖壓方向必須慎重考慮和確定。

確定沖壓方向首先應保證凸模能夠進入凹模。也就是保證凸模在拉伸終了時，應能進入拉伸件成形所要求的每一個角落，不應出現凸模接觸不到的死角和死區，這樣才能夠使拉伸件成形。另外，凸模開始拉延時與拉延毛坯接觸面積要大。接觸地方要多、分散，有兩個以上的接觸地方，最好同時接觸；而且接觸地方應靠近中間。這樣，才能保證拉伸時的應力比較均勻，而不至于產生拉裂；保證材料能夠均勻拉人凹模，拉伸開始時毛坯不竄動，拉伸不產生較大破穩過程平穩。

2.2 壓料面

壓料面是指位于凹模圓角半徑以外的那一部分坯料。壓料面的作用是在壓邊圈與凹模作用下，板料在拉深時既能合理流動，又不會起皺破裂。從壓邊面的橫斷面看，平的壓邊面效果最好，但受覆蓋件的復雜性限制，覆蓋件的壓邊面一般設計為隨型的，其特點是較為貼合零件形狀，既能降低拉延深度，又便于坯料流動，坯料能服貼地放在凹模上，從而減少工藝補充面。

2.3 工藝補充面

工藝補充面是拉深件不可缺少的組成部分，但在后續修邊工序中要被切除，成為工藝廢料。根據所起的作用不同，工藝補充面可以分為三種類型：為折邊、翻邊和凸緣展開后的過渡而增加的工藝補充面；為改善覆蓋件的拉深條件而增加的工藝補充面；為增強覆蓋件剛度而增加的工藝補充面。所以，在保證覆蓋件能順利成形的前提下，應盡量減小工藝補充面，以提高板料利用率。若工藝補充面過大，不僅浪費材料，而且牽制了坯料的流動，增加了變形阻力，使得制件成形時破裂的可能性加大，這是應該避免的。工藝補充面的設計主要應考慮拉延成形時坯料材料的流動和補充狀況、壓料面的形狀和位置、制件的成形精度和定位要求、修邊工序的工藝要求等。

2.4 拉延筋的設置

在汽車覆蓋件模具設計中，拉深方向，工藝補充部分和壓料面的形狀是決定能否拉深出滿意制件的先決條件，而拉深筋的設置則是必要條件，拉深筋的作用主要是增大全周或局部的材料變形阻力以控制材料的流入，提高制件的剛性，同時它也是防止覆蓋件起皺和開裂最有效的方法。在拉深成形過程中，毛坯的成形需要一定大小且沿周邊適當分布的拉力，這種拉力來自沖壓設備的作用力、法蘭部分毛坯的變形抗力和壓料面的作用力。利用拉深筋可以在較大范圍里控制變形區毛坯的變形大小和變形分布，抑制破裂、起皺、面畸變等多種沖壓質量問題的產生。可以說，在很多情況下，拉深筋設置的是否合理甚至決定著沖壓成形的成敗。拉延筋的設置增大了進料阻力，有利于使毛坯產生較大的塑性變形，提高沖壓件的剛度和減少由于變形不足而產生的回彈、扭曲、松弛、波紋及收縮等；防止拉深成形時的畸變和起皺，同時通過拉深筋時也能對拉深筋外側已經起皺的板料進行較平。

3、地板拉延模面設計及優化分析

3.1 方案一模型建立及CAE分析

根據地板形狀在UG進行三維建模，具體步驟如下：

3.1.1 確定沖壓方向

選擇零件重心（1804,0,148）作為中心點做平行于車身坐標系的XYZ軸，做一條與Z軸重合的直線，為降低拉延深度、后續修邊的方便性及負角出現，將直線繞X軸旋轉21度即與z軸夾角21度方向作為拉延方向；

3.1.2 確定壓料面

由于零件存在高低差，為保持拉延深度一致，采用隨型壓料面；

3.1.3 確定工藝補充

由于地板周圈配合件較多，零件質量尤為重要，若采用全開口拉延，直面易起皺，零件質量不易保證，影響車身精度。在此工藝補充部位將翻邊展開，局部起臺階、余肉，控制材料流入速度，后進行圓角光順，球化尖角；

3.1.4 設置拉延筋

將分模線向外偏移15-20mm，深度及寬度設置根據經驗及分析結果合理優化設計［3］。根據此種方案，地板拉延模面設計方案1見圖2。

將建好的模型導入CAE分析軟件AUTOFORM進行工具設計，坯料工程設計，拉延筋設計等［4］，通過優化壓邊力、摩擦條件、板料尺寸、拉延筋參數等的優化設計［5］，得出最優分析結果，方案1分析結果見圖3。

2-1 模面設計模型

2-2 CAE分析結果

圖2 方案一

由圖2-2，2-3分析結果可以看出局部R角部分減薄率過高，大于30%，暗傷及開裂風險存在，解決板料開裂的主要措施有選擇合理的板料形狀和尺寸；減少壓邊力；調整拉伸間隙，使間隙變大且均勻；增加凹模圓角半徑；改善潤滑條件；修正拉延筋的形狀、參數以及布局；選擇強度指標較高的材料等。但此種設計方案，在工藝上通過調整坯料尺寸，減少壓邊力，優化工藝補充，余肉大小，拉延筋等工藝性參數都無法解決。

此時可以提交ECR向產品設計部門反饋問題將尖點處R角球化或三角面處理，但由于此處考慮焊點信息、搭接件問題，已無法優化，零件材質為滿足車身輕量化，整車碰撞性能等要求，亦不可更換。

3.2 方案二模型建立及CAE分析

針對方案一開裂無法解決的問題，針對地板設計，采用半開口拉延方式，由于圖3-1，1處部分落差較大是導致方案一破裂的主要原因，此處為解決這一問題采用開口拉延，利用UG具體建模步驟確定以車身坐標Z向為沖壓方向；采用隨型壓料面；工藝補充部分為保證零件質量，做出凹坑造型圖3-1,2處控制材料流動，立面圖3-1,1處設置為開口拉延，圖3-1,3處增加余肉造型；拉延筋為保證立面尖角處不開裂，立面處不設置拉延筋，其余部分按分模線偏移15-20mm設計。UG建模方案見方案二圖3-2模面設計，將文件轉換為IGS文件導入CAE分析軟件AUFORM中進行模擬分析。

圖3 方案二

由方案二分析結果3-3可以看出開裂風險已解決，且成型效果佳，可以滿足CAE需求。后續工作將以此模面進行模具設計工作，將設計風險降到最低，為制造出合格的沖壓件做準備。針對此方案進行后工序工藝設計，為保證產品后續工藝的可行性，模具強度及零件最終質量，確定最終工藝內容：拉延（DR），修邊沖孔(TR+PI)，修邊側修邊沖孔(TR+CTR+PI)，翻邊整形(FL+RST)，見圖4-1，最終產品CAE分析結果見圖4-2。

圖4

4、地板拉延模面優化設計實物驗證及總結

零件通過CAE分析通過優化拉延模面設計，解決產品開裂問題，為后續合理的工藝及模具設計提供有力保障。

現階段該產品已完成批量生產，產品驗證效果良好，無開裂暗傷，實物圖見圖5。

圖5

[1] 陳文亮．板料成形CAE分析教程[M].北京∶機械工業出版社,2005.

[2] 崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術[M].北京∶機械工業出版社,2003.

[3] 師蕊. 拉延筋在汽車覆蓋件成型工藝中的合理應用[J]. 模具工程, 2012（12）.

[4] 韓玉強 李飛洲. 基于Autoform的轎車引擎蓋板沖壓成形的仿真[ J ]. 熱加工工藝.2010（17）.

[5] 孫曉.基于ETA/DYNAFORM的某車型前圍內板拉延模面優化設計[ J ].新技術新工藝.2013（7）.

A car floor drawing die-face optimum design

Liu Li, Jiang Bo, Wang Xiaoying, Huang Yongsheng
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

a car floor for stamping drawing die face design, through software to create drawing die CAE analysis of optimization, the process of rupture, corrugate quality problem solutions, optimization of mold surface, it is concluded that the optimal design scheme.

the floor; Die face design; CAE analysis

U462.1

A

1671-7988(2017)03-25-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.03.010

劉莉（1989-），女，中級工程師，就職于安徽江淮汽車技術中心，從事汽車沖壓工藝技術開發與研究。