汽車B柱加強板工藝分析及回彈控制方法研究與應用

文/謝國文，楊建，劉裕中，李夢瑤·廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院

本文以某車型HC420/780DP B柱加強板為例，通過AutoForm、Pam-Stamp兩款軟件分析對比，對該零件工藝設計、回彈分析、回彈補償及零件調試進行總結。結果表明，目前沖壓分析軟件對零件的成形性及回彈分析具有一定指導意義。前期設計階段通過軟件的模擬進行回彈補償，可大量減少零件現場調試時間，縮短模具開發周期。

隨著汽車工業的快速發展和激烈競爭，汽車安全性、輕量化、節能減排的要求不斷提高，B柱加強板無論在汽車輕量化還是安全性方面都是一個需要優化的重點零件。目前主流車型B柱加強板主要有兩種設計思路：一是該零件采用熱成形，此方案在滿足碰撞要求的情況下，減重效果比較突出，零件質量比較容易控制，但該方案零件成本較高；二是該零件采用高強度鋼板，板料強度越高，在滿足碰撞要求的情況下減重越明顯，且較熱成形零件相比成本較低，缺點是超高強度鋼板的成形性較差且回彈明顯，零件質量控制是其主要難點。以下主要針對采用高強度鋼板形式的某車型B柱加強板的質量控制進行分析研究。

零件分析及工藝方案分析對比

零件分析

圖1所示為某車型B柱加強板，零件輪廓尺寸為1410mm×550mm×230mm，該零件材質為HC420/780DP，料厚為1.5mm，材料參數如表1所示。

制定工藝方案

為了保證B柱內板工藝的合理性，使產品的成形性及回彈控制更加優化，前期通過經驗制定了工藝方案一：通過AutoForm軟件對其進行仿真分析，發現零件拐角處出現開裂情況，該方案不可行。最后通過優化壓料面形狀，制定更為合理的工藝方案一補充，具體過程如下。

圖1 產品零件圖

表1 HC420/780DP 材料參數

⑴零件主體形狀一次拉深到位且全部放置在凸模上。

⑵壓料面低于零件形狀最低點5mm，主體弧度與零件形狀大體一致。

⑶零件所有邊界區域采用封閉拉深，具體工藝補充如圖2所示。

圖2 方案一產品工藝補充

工藝方案一補充主要優勢分析

⑴零件主體形狀一次拉深到位，避免了因為零件材料強度較高，后序翻邊整形造成零件質量偏差等問題，降低了零件調試難度。

⑵零件所有輪廓放置在凸模上，保證零件法蘭區域變形充分，且避免模具壓料面的整改，降低了模具調試難度。

⑶壓料面主體形狀與零件形狀大體一致，保證零件在拉深過程中，各區域材料流動盡量一致，避免因過大材料流入不均勻造成的零件扭曲。

工藝方案一補充成形分析結果

該方案零件成形較充分，但圖3中紅色區域內出現了開裂現象。此處開裂主要是由于材料在拐角部位補料不足導致，為此需要制定更合理的方案解決此處開裂問題。

圖3 方案一分析結果

工藝方案二優化過程

為了解決工藝方案一補充中的轉角開裂問題，制定了將壓料面抬高至B柱法蘭面的工藝方案二（圖4）。

圖4 方案二產品工藝補充

工藝方案二主要差異點在于：首先零件下端（大頭）區域法蘭邊放置在壓料面上，其余位置放置在凸模上，解決了零件轉角部位開裂問題。其次零件端頭工藝補充區域采用半開口拉深，這進一步降低了零件開裂風險。

工藝方案二分析結果

經過成形性分析，方案二解決了零件開裂問題（圖5）。經后工序整形后，零件質量可控，因此確定采用此方案進行工藝開發。

圖5 方案二分析結果

零件回彈分析及回彈補償

此零件的難點在于回彈控制，準確的回彈分析及合理的回彈補償可大量的降低零件調試難度、縮短模具開發周期、降低模具開發費用。以下對此零件的回彈分析過程及回彈補償方法進行詳細的介紹。

回彈分析

為了提高回彈補償準確性，此零件的回彈分析分別使用了Pam-Stamp、AutoForm軟件進行分析對比，軟件均采用殼單元進行分析計算，并使用相同材料參數。

基于以上條件，兩款軟件回彈趨勢相同，分析數值接近，偏差在2mm內，詳細回彈結果如圖6所示。據此認為零件回彈分析結果可靠，可在此基礎上進行回彈補償及開展后續工作，基于過往項目經驗，確定后期回彈補償工作及進一步回彈分析主要以Pam-Stamp為主開展。

圖6 Pam-Stamp及AutoForm 回彈分析結果

回彈補償

基于前期回彈分析結果，確定此零件為全工序補償，其主要補償流程為：

⑴根據零件最終回彈情況確定零件基準區域，基準區域確定應主要考慮兩點：首先基準區域應選擇在零件回彈較小、較穩定區域；其次基準區域選擇時應考慮盡量以最小的回彈補償量為基準。

⑵確定好補償基準后，對回彈后的最終零件與理論零件狀態進行擬合對比。根據對比情況確定補償數據，反復補償計算，滿足零件狀態后進行后工序補償。具體補償面如圖7所示。

圖7 零件回彈補償面

用后一工序分析前一工序回彈后狀態進行補償，最后一工序為理論零件狀態。經回彈補償后CAE分析，回彈后零件與理論狀態零件匹配對比，滿足零件質量要求，局部少量偏差通過OP30整形工序進行整形。具體回彈補償分析結果如圖8所示。

圖8 零件回彈補償分析結果

零件現場調試記錄及與理論狀態對比整改

模具現場調試前，確認模具研合情況，保證模具研合率80%以上，調試壓邊力為160t，壓邊圈行程為100mm，與CAE分析設定一致。以上條件滿足后，調試板料流入量，保證現場流入量與理論匹配差別控制在5mm內，通過實際調試零件與理論分析進行整改。

零件成形性對比分析

經現場調試零件出件，零件無開裂問題。局部輕微起皺區域與分析狀態一致，此零件成形性分析與生產實際匹配度在90%以上。

零件回彈對比分析

現場零件經激光切割后，對零件進行掃描。掃描數據與理論數據進行匹配對比，匹配基準與前期回彈分析選擇基準保持一致，經對比分析發現現場實際零件回彈情況與CAE分析結果基本一致（圖9），評估分析兩者一致性匹配度80%以上。

零件整改

根據零件掃描情況及檢具上的狀態，對零件進行現場調試整改。經三輪補償整改后，零件滿足質量要求，合格率達到85%以上。零件與理論狀態匹配情況如圖10所示。

圖9 零件回彈對比分析

圖10 整改后零件回彈精度

結束語

經理論分析與實際調試對比，該零件成形性及回彈分析與實際狀態匹配度較高。其中成形性匹配度評估可達到90%以上，回彈分析及回彈補償分析匹配度可達到85%以上。通過前期的模擬分析調試，節省了大量的模具調試時間、縮短了模具調試周期，在減少調試成本方面作用明顯。