基于Autoform的發(fā)罩外板工藝設(shè)計研究

王彬 謝國文 張昀 鄧國朝 尤彬波 陳亮

摘要：隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的高速發(fā)展，用戶對車身零件，特別是外覆蓋件質(zhì)量要求不斷提高，整車開發(fā)周期也在不斷縮減。對沖壓領(lǐng)域來說，工藝設(shè)計的準(zhǔn)確性要求也正在不斷的提高。本文基于Autoform，以發(fā)罩外板為研究對象，詳細(xì)介紹了發(fā)罩外板的工藝設(shè)計過程，予以給與相關(guān)領(lǐng)域的工作人員以借鑒。

關(guān)鍵詞：發(fā)罩外板;工藝設(shè)計;Autoform

1 引言

汽車行業(yè)不斷高速的發(fā)展，消費者對汽車外觀質(zhì)量要求也越來越高，從而使得各大整車廠對產(chǎn)品外觀品質(zhì)的要求也隨之升高。而汽車鈑金件在成型過程中出現(xiàn)的各種問題對產(chǎn)品外觀品質(zhì)有著重要的影響，一旦實際生產(chǎn)中出現(xiàn)尺寸及面品問題，通常需要浪費大量的人力物力進(jìn)行調(diào)試，往往很難得到滿意的結(jié)果，嚴(yán)重的可導(dǎo)致零件報廢造成資源浪費。汽車沖壓件成形模的前期制造工藝制定得是否合理，又直接影響模具制造周期，因此模具設(shè)計前期的工藝制定非常關(guān)鍵[1]。目前最好的方法是在前期工藝設(shè)計階段，通過CAE模擬分析技術(shù)進(jìn)行工藝優(yōu)化，減少現(xiàn)場調(diào)試時間，縮短模具開發(fā)周期，降低資源浪費。

2 發(fā)動機(jī)罩外板結(jié)構(gòu)特點

發(fā)罩外板作為典型的汽車覆蓋件，對整車的靜態(tài)感知質(zhì)量具有重要影響，要求其表面平滑、棱線清晰，不允許有起皺、開裂、劃傷及拉毛等表面缺陷，此外還要求具有足夠的剛性和尺寸穩(wěn)定性[2]。目前行業(yè)內(nèi)普遍使用鍍鋅鋼板進(jìn)行生產(chǎn)，發(fā)罩外板的結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)致在成型工藝中，易發(fā)生成型不足，回彈大，產(chǎn)品質(zhì)量較難控制等問題。

3 工藝分析

對發(fā)罩外板來說，工序數(shù)由生產(chǎn)線工藝約束，及產(chǎn)品造型共同決定。本文主要以四序為例進(jìn)行分析。四序設(shè)計時主要包括：拉延、修邊、翻邊修邊、修邊翻邊，其中拉延工藝在產(chǎn)品質(zhì)量方面起著決定性的作用，因為拉延工藝的設(shè)計直接決定著產(chǎn)品剛性，零件表面質(zhì)量等。進(jìn)行工藝設(shè)計時還需綜合考慮，壓合角度、修邊角度、零件定位等問題。如圖1所示發(fā)罩外板發(fā)罩尺寸為（ 1675mm*lOOOmm），料厚：0.7mm，材料：GX220BDZF鍍鋅板。

4 CAE邊界條件設(shè)置

本次應(yīng)用Autoform模擬分析軟件進(jìn)行有限元分析，邊界條件設(shè)置如下：板料尺寸1445-1950mm（材料性能如表1）;板料厚度0. 7mm，成形條件單動;壓邊力120T;摩擦系數(shù)0.15;計算精度等級CE+;壓邊力120T。CAE分析結(jié)果評主要判標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）產(chǎn)品無開裂風(fēng)險，F(xiàn)LD曲線無風(fēng)險區(qū)域。

2）拉延后減薄率在22%以內(nèi)。

3）主應(yīng)變大干3%，次應(yīng)變大干0。

4） winking Criterion-在產(chǎn)品可見區(qū)域不允許有起皺趨勢。

5）滑移線可滑出圓角2mm以內(nèi)。

5 工藝設(shè)計

5.1 一工序拉延工藝設(shè)計

拉延工藝設(shè)計主要包括：沖壓方向設(shè)計、壓料面設(shè)計，工藝補充設(shè)計，拉延筋設(shè)計。

5.1.1沖壓方向設(shè)計

根據(jù)此產(chǎn)品特點，設(shè)置沖壓方向時應(yīng)考慮材料利用率和工序排布等模具成本、沖壓生產(chǎn)成本等因素，通常遵循最小拉延深度的原則;同時綜合考慮修邊角度（15。以內(nèi)）、及滑移線，將四工序的沖壓方向均訂為（X=0度;Y=-8度;Z=90度）

5.1.2壓料面設(shè)計

壓料面設(shè)計盡量簡化避免形狀復(fù)雜，建議采用單曲率平面，保證材料流入均勻，并且流入速度不宜過快，壓料面應(yīng)使成型深度小且各部分深度接近一致。

5.1.3工藝補充設(shè)計

發(fā)蓋外板工藝補充面應(yīng)遵循以下要求：

1）對于影響材料利用率的部位，分模線要盡量接近產(chǎn)品線，但是不能影響廢料刀的設(shè)置及強(qiáng)度（一般要求產(chǎn)品邊緣距離凸模圓角的直線距離≥5mm）;

2）工藝補充面要考慮后工序的修邊和翻邊條件，盡量保證可以正修，同時也要考慮補充形狀沿用或接近產(chǎn)品翻邊形狀，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3）對于此發(fā)罩外板在工藝設(shè)計時要特殊關(guān)注擋風(fēng)玻璃處，此位置易出現(xiàn)成行不充分，剛性不足等問題，因此通常此位置要設(shè)置余肉，增強(qiáng)發(fā)罩內(nèi)部剛性。（工藝補充如圖2所示）

5.1.4拉延筋設(shè)計

拉延筋是工藝補充的一個重要組成部分，覆蓋件拉延成型時，需設(shè)計相應(yīng)拉延筋控制板料流動，拉延筋可改變進(jìn)料阻力，使材料流動均勻化。歸納起來拉延筋主要作用有如下：

1）增大局部區(qū)域進(jìn)料阻力，使整個拉延件進(jìn)料速度達(dá)到平衡狀態(tài)。

2）加大拉延成型的內(nèi)應(yīng)力數(shù)值，提高覆蓋件的剛性。

3）加大徑向拉應(yīng)力，減少切向壓應(yīng)力;延緩材料流動防止起皺。

一般情況下，要求發(fā)罩前側(cè)拉延筋阻力設(shè)置相對較大，控制材料流動速度，控制沖擊線。拉延筋一般是凹模圓角外側(cè)邊緣外擴(kuò)20mm作為第一條筋，如果存在雙筋，則第二條筋與第一條筋間距通常設(shè)置30mm間距。根據(jù)具體模擬結(jié)果不斷調(diào)整，最終確定拉延筋分布方式如圖3。

5.2二工序修邊工藝設(shè)計：

由于本發(fā)罩采取四工序設(shè)計，考慮到廢料排出，減少廢料削因此分兩工序進(jìn)行修邊，對于發(fā)罩外板要考慮在風(fēng)窗處設(shè)置三角定位，由于此工藝分2序修邊，因此三角輔助定位設(shè)置在三序切出，二序需預(yù)留出定位區(qū)。

5.3三工序翻邊修邊工藝設(shè)計：

此工序的主要任務(wù)將上工序剩余廢料修邊，不滿足直修的位置需進(jìn)行側(cè)修邊，同時在風(fēng)窗位置切出三角定位，用于后工序定位綜合考慮后序翻邊內(nèi)容。為了減少同一工序的接刀，因此在修邊的同時本工序在風(fēng)窗兩側(cè)位置進(jìn)行直翻。工序內(nèi)容如下圖4。

5.4四工序切邊加翻邊工藝設(shè)計：

第四工序?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行翻邊，翻邊后的角度需保證壓合角度需求（95度- 105度），翻邊斜楔角度如下圖8，在風(fēng)窗位置采用先修后翻的工藝，先將定位孔切掉，隨后翻邊工序內(nèi)容如圖5所示。

6 模擬結(jié)果分析

一個良好的CAE分析結(jié)果是減少模具調(diào)試最重要的保障，本次模擬主要從產(chǎn)品的成型性，良好如圖6所示。從分析結(jié)果可以看出產(chǎn)品無開裂區(qū)域，產(chǎn)品減薄滿足剛性要求最大值可達(dá)到6%，局部個別點數(shù)值略小于3%，產(chǎn)品合格。

7 現(xiàn)場調(diào)試基本要求

在CAE分析得到一個合理的結(jié)果之后，如何讓現(xiàn)場充分還原實際模擬結(jié)果是現(xiàn)場調(diào)試的關(guān)鍵，一般情況下對現(xiàn)場調(diào)試提出以下要求：

1）產(chǎn)品收料線要求與實際CAE分析基本一致，偏差5%以內(nèi)判定合格。

2）拉延件產(chǎn)品著色率必須達(dá)到95%以上。

3）壓機(jī)的壓邊力，壓邊圈行程等參數(shù)要求與CAE分析一致。

4）全工序無壓傷，壓痕，翻邊間隙合理。

8 結(jié)束語

通過對某車型發(fā)罩外板從前期沖壓方向的確定到工序的排布，再通過Autoform對其工藝可靠性進(jìn)行驗證，通過對最終成型件多個指標(biāo)的判斷，充分證明的此工藝設(shè)計的可靠性及可實施性。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐東勝，程國中，林華勝汽車零件成形工藝設(shè)計缺陷與改進(jìn)[J]模具工業(yè)2011年第37卷第2期23-26

[2]韋榮發(fā)，石峰，麥育智汽車覆蓋件拉伸缺陷分析與整改實踐[J]模具制造2018年第5期19-24