基于CAE對汽車外覆蓋件折邊反彈的分析

徐偉 劉鵬 劉項來

摘要：近年來，我國汽車制造行業發展迅速，已經逐漸成為我國國民經濟的支柱產業之一。車身覆蓋件是汽車車身的重要組成部分之一，車身覆蓋件的質量直接影響著汽車的使用壽命，進而影響著汽車的市場競爭力和品牌形象。良好的汽車覆蓋件不僅能夠提升汽車的使用壽命，而且能夠增加車身的美觀性和舒適性，本文主要針對折邊導致汽車外覆蓋件反彈的問題，運用CAE軟件Autoform對汽車引擎蓋外板沖壓全工序進行模擬。通過優化折邊工藝、調整工藝參數等措施，分析影響外覆蓋件折邊反彈的因素及影響程度，選取了調整折邊時間差、增加余肉造型、增加法蘭邊缺口及調整折邊工序安排作為4個影響反彈的因素進行分析。

關鍵詞：CAE;汽車外覆蓋件;折邊反彈

1引言

汽車覆蓋件是汽車車身的主要部分，它影響著汽車的美觀程度，因此要求比較高。只有高精度的尺寸、高精度的形狀、高精度的表面質量的覆蓋件，才能夠保證車身較好的符合初期設計要求。同時，車身覆蓋件的生產在很大程度上也決定了汽車的生產成本和開發周期。所以，既要保證覆蓋件的生產質量，又要保證生產效率，只能從生產線的每個環節入手。上下料工序作為現代車身覆蓋件自動化生產線的重要環節，其自身的精度和速度對覆蓋件的質量和生產效率有很大影響。

2CAE技術簡介

隨著科技的不斷發展，同時產品也在朝著多樣化、智能化和復雜化的方向發展。對于復雜的項目或工程，人們借助計算機輔助工程，即CAE（Computer Aided Engineering），可以對產品進行精確的設計，分析和試驗。由計算機技術和工程分析技術相結合而成的CAE分析技術，其在三維建模的基礎之上，從產品的設計初期，根據實際情況進行結構仿真分析、設計以及綜合評價，可以從眾多方案中選出最優方案。在工程應用中，要對某產品或項目進行CAE分析，CAE軟件是必不可少的，它是CAE技術的載體。通常CAE軟件分為專用軟件和通用軟件。專用軟件是對特定的對象進行相應的性能分析、預測以及優化的軟件。通用軟件是指能夠對多種對象的物理、力學性能進行相應的分析、預測、評價和優化的軟件。一般用于CAE的大型通用商業化軟件有HYPERWORKS、SYSNOISE、FLUENT、ADAMS以及ANSYS等。

3汽車覆蓋件分析

汽車覆蓋件是指覆蓋發動機、底盤，構成駕駛室、車身的金屬薄板制成的空間形狀的表面或內部零件。其具有表面質量要求高、零件材料薄、結構尺寸較大、空間形狀復雜、剛度大、工藝性好等特點。按照不同的分類標準有不同的分法，以覆蓋件所具有的功能和位置分類，可以分為外部覆蓋件、內部覆蓋件、骨架覆蓋件三類;以加工工藝分類，分為對稱覆蓋件、非對稱覆蓋件、雙沖壓覆蓋件、凸緣覆蓋件、壓彎成型覆蓋件五類;以覆蓋件的大小和質量分類，可以分為大型覆蓋件、中型覆蓋件、小型覆蓋件三類。不管以哪種分類的覆蓋件，其加工過程往往需要經過落料、拉延、翻邊、整形、沖孔、修邊等工序，有時為了節省空間，將落料和拉延工序、沖孔修邊、翻邊與整形等工序進行合并，通常需要3到6臺壓力機，其布局方式以雙動壓力機為首，單動壓力機和其他輔助設備（上料、下料、傳遞、檢測機構等）共同組成。覆蓋件加工工藝流程是沖壓線設備布置的基礎，所以要想熟悉沖壓線設備布置情況，必須先了解覆蓋件加工流程。為深入了解覆蓋件加工流程，調研了國內某汽車覆蓋件沖壓生產線，如下圖所示。其具體加工流程：板材經過分離進給裝置將板材依送到沖壓機床A，經過機床A沖壓成型（落料工序）后，上下料機械手通過端拾器將機床A中加工完成的工件，按照一定的軌跡運送到機床B中，經過機床B沖壓成型（拉伸工序）后，上下料機械手通過端拾器將機床B中加工完成的工件，按照一定的軌跡運送到機床C中，經過機床C沖壓成型（修邊、沖孔工序）后，上下料機械手通過端拾器將機床C中加工完成的工件，按照一定的軌跡運送到機床D中，經過機床D沖壓成型（翻邊、沖孔工序）后，上下料機械手通過端拾器將機床D中加工完成的工件，按照一定的軌跡運送到機床E中，經過機床E沖壓成型（修邊、沖孔整形工序）后，照一定的軌跡運送到成品檢測裝置上，經成品檢測裝置檢測合格，成品碼垛機器人將成品工件碼垛。

4折邊對反彈的影響

產品通常在剪邊工序后進行折邊或翻邊等折彎作業。當折彎輪廓線為非直線時，折邊會引起產品法蘭邊的伸縮變形，導致產品材料內部很容易出現不均勻的彈性回復應力。當折彎輪廓線是直線時，由于彎曲線兩端的彎曲應力不連續或者由于一次成形時加工硬化現象的存在等，亦可形成彎曲周邊板面內不均勻彈性回復應力，進而導致產品面外變位。通過增加缺口或余肉造型，吸收或補償產品的伸縮變形量，可使彈性變形更均勻，從而降低產品的反彈量。調整折邊刀塊的高度，使折邊存在時間差，導致彈性應力的分布發生變化，進而使得產品的反彈量發生變化。汽車覆蓋件的折邊一般在2～3個工序內完成。每個工序結束后都會導致反彈回復應力的釋放，不同的工藝布置會導致應力釋放的順序發生變化。可通過調整各工序的折邊工藝布置，降低產品的反彈量。

5成形及回彈結果分析

5.1調整折邊時間差

調整折邊刀塊的高度，可以使折邊刀塊與產品的接觸時間錯開，形成時間差。折邊的時間差導致產品材料內部彈性回復應力發生變化，進而反彈量發生變化。方案2后方折邊刀兩側位置加高10mm，前方折邊中中間位置加高10mm。對比方案1，調整后的方案2后方反彈量降低，前方反彈量加大。

5.2增加余肉造型

產品后方折邊線為弧形，折邊時材料為拉伸過程，通過增加余肉造型補充材料不足，使得材料變形更加的均勻，降低反彈量。方案1為增加余肉造型，方案3為無余肉造型。由于增加了補充造型，產品在折邊過程中對材料的拉伸進行了補償，材料折邊應力降低，折邊后的反彈量極大地降低。

5.3增加法蘭邊缺口

引擎蓋前、后方的折邊輪廓線為弧形，折邊的過程中前方材料發生壓縮、后方材料發生拉伸，材料發生塑性變形后殘留很大的彎曲應力。通過在產品的法蘭邊上追加缺口造型，降低材料的塑性變形難度，減小了殘留內應力，減小零件的反彈。方案1為前后方法蘭邊中間位置各追加1個缺口造型，方案4為無缺口造型，缺口尺寸為100mm長、3mm高。通過反彈結果對比可知，追加缺口后零件的反彈量降低。通過對弧形折邊的位置追加缺口或剪短剪邊線，可明顯降低折邊反彈。

6結束語

本文通過對引擎蓋外板的折邊反彈的研究，通過對折邊過程的分析，提出了影響折邊反彈的因素及影響程度。調整折邊時間差、增加余肉造型、增加法蘭邊缺口，這幾個因素均對產品反彈量有很大的影響，改修可改善了產品反彈狀況。通過結合以上幾個因素的改修，可改善產品的反彈，降低車門外板、引擎蓋外板等折邊反彈量。

參考文獻

[1]劉獻禮，姜彥翠，吳石，李茂月，岳彩旭，陳濤.汽車覆蓋件用淬硬鋼模具銑削加工的研究進展[J].機械工程學報，2016，5217：35-49+57.

（作者單位：長城汽車股份有限公司技術中心）