卡車側(cè)圍模面成形仿真及模面設(shè)計(jì)優(yōu)化研究（上）

文／孫曉，陸騰君·安徽江淮汽車股份有限公司

卡車側(cè)圍模面成形仿真及模面設(shè)計(jì)優(yōu)化研究（上）

文／孫曉，陸騰君·安徽江淮汽車股份有限公司

本文通過(guò)對(duì)汽車覆蓋件成形仿真的研究背景，并基于AUTOFORM軟件的實(shí)際案例分析，演繹了板料沖壓成形的CAE流程的研究，讓我們對(duì)汽車覆蓋件模面設(shè)計(jì)流程，過(guò)程中容易出現(xiàn)的缺陷等問(wèn)題有了非常深刻的認(rèn)識(shí)，并總結(jié)卡車側(cè)圍缺陷優(yōu)化的方法。同時(shí)也證明了仿真技術(shù)在沖壓加工中的重要地位。

汽車覆蓋件特別是外覆蓋件大多是大型薄板沖壓件。如駕駛室的頂蓋、車門(mén)內(nèi)板、車門(mén)外板、前圍、后圍、側(cè)圍以及發(fā)動(dòng)機(jī)罩等。汽車覆蓋件作為車身的重要組成部分，其尺寸大，成形困難的特點(diǎn)使其在整車制造中占據(jù)著較重的分量，也是整車沖壓件中對(duì)沖壓工藝水平要求較高的一部分零件。

長(zhǎng)期以來(lái)，汽車覆蓋件困擾廣大模具設(shè)計(jì)人員的主要問(wèn)題就是較長(zhǎng)的模具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期，復(fù)雜的造型使板料成形無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)成形的結(jié)果，難預(yù)防缺陷的產(chǎn)生，只能通過(guò)類似零件的現(xiàn)有工藝資料，不斷的試模、修模才能成功。某些特殊復(fù)雜的板料成形零件甚至制約了整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。從20世紀(jì)70年代起，有限元法開(kāi)始應(yīng)用于板料成形過(guò)程的模擬，各種成熟的CAE仿真軟件紛紛應(yīng)用于模具成形產(chǎn)業(yè)中，有效解決了成形件拉裂、起皺的預(yù)測(cè)問(wèn)題。板料成形CAE技術(shù)及分析軟件，可以在產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)階段進(jìn)行工件坯料形狀預(yù)示、產(chǎn)品可成形性分析及工藝方案優(yōu)化，從而有效地縮短模具設(shè)計(jì)周期，大大減少試模時(shí)間，幫助企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，從根本上提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

汽車覆蓋件的特征分析及工藝方法

作為汽車車身的重要組成部分，覆蓋件主要起著覆蓋車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)，構(gòu)成車身外在形象的作用，承重作用是次要的，作為可見(jiàn)的門(mén)面類零件，對(duì)其質(zhì)量的要求是很嚴(yán)格而多面的。在尺寸精度，形狀精度，表面質(zhì)量，剛性，良好的工藝性等方面都有著明確的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。

典型汽車覆蓋件從結(jié)構(gòu)形狀及尺寸上看，這類零件的主要特點(diǎn)有：

⑴總體尺寸大。

⑵相對(duì)厚度小，行業(yè)內(nèi)外覆蓋件厚度一般在0.6～1.0mm。

⑶形狀復(fù)雜，轎車的側(cè)圍，翼子板，卡車的側(cè)圍都是外覆蓋件中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的零件，尤其是側(cè)圍，形狀要滿足汽車整體造型，還要跟車門(mén)、頂蓋、前圍和后圍搭接，要滿足間隙面差的要求。零件上的孔位也要滿足各種零件的裝配要求。

⑷輪廓內(nèi)部帶有局部形狀，如汽車側(cè)圍內(nèi)部就要做出車門(mén)的造型來(lái)進(jìn)行車門(mén)的裝配，車門(mén)與側(cè)圍裝配后的間隙面差在外觀上直觀的反映出整車的品質(zhì)，所以，側(cè)圍這種內(nèi)部形狀的精度要求也是很高的。

卡車側(cè)圍拉延成形工藝分析

卡車側(cè)圍屬深拉延件，圖1為排半卡車的側(cè)圍，零件尺寸為1700mm×1500mm×120mm，板料的厚度為1.0mm，材質(zhì)DC04.單排卡車側(cè)圍則不具備后上部的風(fēng)窗部分，如圖2所示。

圖1 排半卡車側(cè)圍數(shù)模

圖2 單排卡車側(cè)圍數(shù)模

由各種各樣的骨架件和板件通過(guò)焊接拼裝而成的卡車車身，也就是行業(yè)俗稱的“白車身”。側(cè)圍是白車身中部乘坐室的主要組成部分，在車身整體彎曲剛性中起重要作用。它由A柱、B柱、C柱、上邊梁、門(mén)檻梁、后輪罩及外覆蓋部分構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 側(cè)圍各部分構(gòu)成

拉延模面設(shè)計(jì)要素及此卡車側(cè)圍的設(shè)計(jì)思路

拉延模面設(shè)計(jì)要素

拉延模面設(shè)計(jì)要素主要有以下幾個(gè)方面。

⑴沖壓方向的確定。如圖4所示，圖示方向?yàn)閭?cè)圍的沖壓方向。

圖4 卡車側(cè)圍的沖壓方向

⑵工藝補(bǔ)充部分的設(shè)計(jì)。

⑶壓料面的選擇。

⑷凸、凹模圓角半徑的確定。

卡車側(cè)圍拉延模面設(shè)計(jì)基本思路

在以上拉延模設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，卡車側(cè)圍又具有其獨(dú)特的造型，在充分考慮模具設(shè)計(jì)成本要求，及自動(dòng)化生產(chǎn)線4序生產(chǎn)要求的前提下，在設(shè)計(jì)中需要特別有針對(duì)性的工藝方法。

⑴首先，門(mén)框部分，此處后期與門(mén)總成有配合關(guān)系，要保證裝配后外觀間隙面差滿足設(shè)計(jì)要求，間隙面差也就是側(cè)圍門(mén)框部分與門(mén)總成裝配后間隙及門(mén)與側(cè)圍平面的符合情況，如圖5所示，一般在車門(mén)周圍取點(diǎn)，用塞尺測(cè)量門(mén)與側(cè)圍的間隙，用面差計(jì)測(cè)量門(mén)與側(cè)圍的平面高度差，原則上取點(diǎn)的間距為100mm。以此評(píng)判車門(mén)配合質(zhì)量。而側(cè)圍存在大面積的門(mén)洞空白，也是側(cè)圍異于其他外板的一大特點(diǎn)。如圖6所示的側(cè)圍模面設(shè)計(jì)圖中，門(mén)洞處需要大面的工藝補(bǔ)充，門(mén)洞內(nèi)部周圈的工藝造型既要做到與零件形狀的完美銜接，又要通過(guò)適當(dāng)?shù)陌文＝羌霸黾有泵娴裙に嚪椒▉?lái)提高成形性，減少拉延開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。門(mén)洞中間的大面積平面要和壓料面處于同一個(gè)平面，才能保證拉延工藝的實(shí)現(xiàn)。

圖5 間隙面差測(cè)量圖

圖6 側(cè)圍模面圖

⑵其次，設(shè)計(jì)應(yīng)注意的地方：A柱、B柱、C柱，這是地板與頂蓋之間的主要承力支撐件。同時(shí)是鉸鏈、鎖、臥鋪、安全帶和上車?yán)值某辛χ渭Ｒ驗(yàn)槠鋸?qiáng)度剛度要求較高，產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門(mén)考慮到選擇材料和料厚適量的同時(shí)還需達(dá)到較好的剛度，一般會(huì)設(shè)計(jì)成腔體結(jié)構(gòu)。

這里有幾處特色設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)需要對(duì)應(yīng)的沖壓工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1）A柱部分前風(fēng)窗部分，如圖7所示，有沖壓負(fù)角，即沖壓方向上存在小于90°的角，不能通過(guò)沖壓工藝直接得到形狀。只能在拉延模面中將負(fù)角部分展開(kāi)，用工藝補(bǔ)充作出可以沖壓得到的形狀，如圖8所示，再通過(guò)后工序的整形，得到零件的形狀。

圖7 A柱風(fēng)窗零件圖及放大圖

圖8 A柱風(fēng)窗處模面圖及放大圖

2）與頂蓋搭接邊的前端，拉延深度較大，更主要的原因是此處的面與沖壓方向夾角只有98°，在后工序用正修邊工藝無(wú)法完成此處修邊，要使用側(cè)修邊工藝；此處是側(cè)圍與頂蓋搭接邊，造型需要與頂蓋做到相配合，如圖9所示，頂蓋搭接處的法蘭面，與側(cè)修邊部分的銜接處，零件造型曲面變化比較劇烈，過(guò)渡需要一些細(xì)節(jié)的處理，否則不利于拉延過(guò)程中材料流動(dòng)，可能出現(xiàn)起皺等缺陷。

圖9 頂蓋搭接處零件圖及模面圖

3）C柱處存在大面積平面，且造型R角較大，一般在R25～30mm之間。加上側(cè)圍外板采用的板材料厚較小，一般在0.8～1.0mm之間。這種情況往往出現(xiàn)外板零件的另一大缺陷——回彈。沖壓工藝上一般在CAE階段做回彈補(bǔ)償來(lái)消除缺陷，同時(shí)在后序增加整形工藝來(lái)更準(zhǔn)確的控制回彈面的面差精度。如圖10所示。

圖10 C柱零件圖及模面圖

《卡車側(cè)圍模面成形仿真及模面設(shè)計(jì)優(yōu)化研究（下）》見(jiàn)《鍛造與沖壓》2017年第14期