鋁后門外板回彈補償措施研究

趙子海，孟宇軒，江克洪，王 健，劉英堂，潘芬華

（吉利汽車集團有限公司，浙江 慈溪 315300）

0 引言

后門外板是汽車車身較關鍵的覆蓋件之一，其外觀面較多，與其有配合要求的零件有側圍外板、前門外板。后門外板外觀質量和尺寸精度影響整車外觀，其成形材料采用鋁材。鋁材質量輕、強度高可以滿足車身強度和輕量化的要求，但鋁材的回彈量比鋼材大，回彈控制是鋁材沖壓過程中的工藝難題。國內開發的模具成形鋁門外板的合格率為70%～80%，現對標德國某公司的鋁材開發技術，前期采用合理的沖壓工藝及模具結構，再利用CAE軟件進行輔助預測，有效預防了后門外板的回彈。

1 后門外板回彈前期工藝預防措施

1.1 后門外板沖壓工藝方案

某車型后門外板采用6000系的6016鋁材，料厚為1 mm。后門外板沖壓工序一般有4～5道，該車型后門外板采用4道工序成形，工序內容為拉深、修邊沖孔、修邊沖孔整形、翻邊側翻邊，如圖1所示。

1.2 后門外板回彈控制方法

為有效解決后門外板回彈問題，從以下4個方面進行型面回彈補償前的回彈控制。

（1）從零件結構設計方面控制回彈。通過增加零件造型，如后門外板下門檻非A面處增加凸包等，減小下門檻處的回彈；通過減小A面曲率半徑，保證零件成形剛性，減小A面回彈。

（2）從成形工藝方面控制回彈。拉深工序通過在廢料區增加工藝余料（又叫凸包造型）等，以保證拉深的充分性和材料流動均勻性，使鋁材成形的零件拉深均勻充分，減少成形的零件回彈；針對CAE分析型面回彈區域，廢料區域增加凹造型或控制拉深進料以減少該處回彈；由于后門外板造型和輪廓都有曲率，對應曲率半徑小的區域，翻邊或整形屬于伸長類成形或壓縮類成形，都會造成零件的回彈扭曲；模具結構上對應翻邊整形的壓縮或伸長區域，采用夾料（利用模具零件壓住成形區域）翻邊或夾料整形，使翻邊整形過程中鋁材成形均勻，減少翻邊整形前后成形零件邊界線長差別較大造成的回彈，使成形的零件回彈盡量小。

圖1 后門外板成形工序

（3）通過CAE分析軟件和以往經驗對鋁材成形回彈進行預判。

（4）根據CAE分析結果，采用整體或局部型面補償的方法，對更改零件造型或工藝無法消除的少量回彈，進行回彈補償。

1.3 后門外板前期回彈預防

為減輕后門外板翻邊整形后的回彈，對整形、翻邊處采用夾料整形翻邊的工藝措施。

（1）B柱處前期回彈預防工藝處理。后門外板B柱處拉深工藝補充沿A面直接延伸時，CAE分析整形時開裂起皺嚴重，拉深工藝設計了3.5 mm過拉深，整形時再采用夾料整形。夾料整形的下托料塊壓力源采用延時氮氣缸，以保證整形完成，零件取出后下托料塊再復位。因為拉深設計了3.5 mm的過拉深，但夾料整形上刀塊和下托料塊必須按照成形零件形狀加工，所以夾料整形上刀塊與下托料塊初始接觸時整形處材料會失控，但不會影響整形零件質量。采用夾料整形的目的是為了消除整形過程的多料起皺和減少壓縮類整形造成的回彈。拉深工藝的過拉深形狀如圖2所示（圖1中B-B)，夾料整形結構如圖3所示。

（2）后門外板C柱翻邊處拉深處理是順著成形零件A面直接延伸，不設計過拉深，便于后工序夾料翻邊，如圖4所示（圖1中A-A)。

圖2 后門外板B柱處過拉深

圖3 后門外板B柱處夾料整形結構

圖4 后門外板C柱翻邊處拉深

（3）后門外板翻邊側翻邊工序翻邊的凸模圓角加工至R1.2～R1.5 mm（鋼材一般為0），以避免翻邊圓角太小，翻邊后造成成形零件翻邊圓角處開裂。該工序正翻邊和側翻邊都采用夾料翻邊，以減小伸長或壓縮類翻邊造成的零件回彈；夾料翻邊下托料塊壓力源采用串聯氮氣缸，便于調節夾料力，托料塊輪廓比翻邊凸模輪廓單邊大t+（1～1.5）mm，保證翻邊后托料塊復位時與成形零件翻邊處不會干涉，如圖5所示。

圖5 翻邊側翻邊周圈夾料翻邊結構

1.4 后門外板前期回彈分析和補償方案

（1）后門外板回彈分析要求。采用AutoForm軟件進行全工序CAE分析，在每工序分析后進行自由回彈分析；在最后工序后再進行調模點支撐（判斷回彈用的虛擬基準點）的回彈分析。CAE分析步驟與實際成形工序步驟一致，最后一步需跟檢具上成形零件擺放狀態一致的條件下進行零件回彈支撐分析。各工序CAE分析工具體與模具實物狀態要一致，CAE分析工具體的符型區、強壓區和避讓區按模具設計要求布置。壓邊力按照模具設計的壓料塊、托料塊壓邊力設計。

（2）根據在檢具狀態下CAE精算后的回彈結果，進行拉深型面回彈補償，補償時設計1倍的回彈量補償系數，補償后再進行CAE分析回彈驗證，是否滿足成形零件公差要求；如果不滿足繼續按上述方法補償，直到補償后的回彈滿足成形零件的公差要求。拉深型面回彈補償方法有局部補償和整體補償2種，鋼材后門外板一般采用回彈區域局部型面補償法，鋁材后門外板根據CAE分析回彈狀態確定采用整體型面補償或局部型面補償方法。該鋁材后門外板在拉深工序進行了整體回彈補償，再采用專業軟件Ice surf進行A面重構，以保證A面成形質量；采用CATIA的曲率分析和斑馬線分析對比回彈補償前后的A面質量是否滿足要求。采用CATIA軟件的ICEM外形設計模塊的“距離分析”命令進行云圖對比，如圖6所示，最大回彈補償量為2.58 mm。修邊沖孔模先不加工，等后期零件回彈調試穩定后進行逆向拉深數模再進行加工；第3、4道工序加工數模按照拉深回彈補償數模進行型面加工。

圖6 回彈補償前后云圖對比

考慮拉深零件放在第3、4道工序凸模上時，零件會與后工序凸模干涉；拉深凸、凹模數模需進行放大處理；根據CAE分析，此后門外板拉深數模對照后工序數模設計放大1.001 8倍（鋼材零件一般放大1.000 5倍）。后門外板回彈補償前后CAE分析回彈結果對比如圖7、圖8所示，達到了成形零件公差要求，成形零件關鍵區域公差要求如圖9所示。

圖7 回彈補償前CAE分析

圖8 回彈補償后CAE分析

圖9 成形零件關鍵區域公差要求

2 后門外板后期調試結果及回彈處理措施

后門外板首次成形件除了第2道工序的模具沒有制作外，工序件采用激光切割，其他工序模具研合到位后成形，藍光掃描結果如圖10所示，除了輪弧處、水切處等不合格區域外，其他區域達到零件要求。根據以往經驗，鋁板覆蓋件回彈補償主要在拉深工序補償，翻邊整形工序不設計型面回彈補償，此后門外板根據現場成形件回彈狀態進行1∶1.2的放大量進行拉深型面回彈補償處理，拉深模及后工序降形加工（沿高度方向向下加工），整改一輪后成形零件型面合格率為85%，總合格率為91%，達到了零件合格率要求。

圖10 成形零件藍光掃描結果云圖

3 結束語

針對鋁材后門外板回彈的預防措施及現場整改措施進行研究，因鋁材零件回彈較大，進行精確的CAE回彈分析，采用合理的工藝結構預防和有效的回彈補償措施，并在模具后期進行回彈原因分析和采取合理的整改措施，通過理論與實際結合，提升成形零件的質量，縮短模具開發周期。