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(yè)發(fā)展迅速，已經逐漸成為我國國民經濟的支柱產業(yè)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(yōu)化折邊工藝、調整工藝參數(shù)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(fā)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(huán)節(jié)入手。上下料工序作為現(xiàn)代車身覆蓋件自動化生產線的重要環(huán)節(jié)，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(fā)展，同時產品也在朝著多樣化、智能化和復雜化的方向發(fā)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(jù)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(yōu)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(yōu)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(yōu)化的軟件。一般用于CAE的大型通用商業(yè)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(fā)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(jié)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(yè)。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(xiàn)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(xù)或者由于一次成形時加工硬化現(xiàn)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(fā)生變化，進而使得產品的反彈量發(fā)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(fā)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(fā)生變化，進而反彈量發(fā)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(fā)生壓縮、后方材料發(fā)生拉伸，材料發(fā)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）