包邊模擬分析技術研究

張東強，李俊峰

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000;2.河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000)

0 引言

在新車開發過程中，外覆蓋件包邊模具的調試一直都是業界的一大難題，包邊作為最后一道合拼工藝，包邊模的設計與調試的進步在保證車身品質方面有著重大意義。在現場調試及包邊模具交付階段，制件包邊后質量問題時有發生，在工藝設計階段對于包邊成形過程僅憑借經驗判定其可行性，對人員經驗技能要求較高，且存在誤判風險，不利于得到穩定的包邊質量。而采用包邊模擬分析技術來分析包邊成形過程，則可以客觀地反映包邊過程質量，在設計階段避免包邊質量問題，并且能夠通過提前分析，提升整改方案的有效性。但是目前很多廠家并未掌握包邊模擬分析技術，為此，本文作者給出了該技術整個設置過程及其應用。

1 包合合邊過程分類

汽車覆蓋件包邊目前有兩種，一種是傳統的模具包邊(圖1)，另一種是機器人輥邊(圖2)。兩種合邊從設計角度出發，都需要注意兩方面，一是需要合邊的距離，就是壓合的距離。另一個是內板和外板邊界預留的距離。一般合邊的距離控制在8 mm左右時比較合理，這個距離滿足合邊強度要求，也可以給模具預留比較充分的壓合行程空間。而內外板邊界就需要根據各公司的實際情況來確定。假如公司能做到內板切邊公差是1 mm，建議距離要預留在1.5 mm以上，以免合邊時產生干涉現象[1]。

圖1 模具包邊

圖2 機器人輥邊

現階段在作包邊過程分析時主要依據產品翻邊長度以及經驗進行判定。該方法在產品造型發生變化時，不能客觀真實地反映其包邊品質，對人員要求高，容易出現誤判情況，同時也不能有效識別所有部位的包邊品質。

2 軟件模擬分析

文中采用AutoForm的Hemming模塊進行分析，其分析設置簡單、運算時間較短，分析薄板類結果較準確，軟件市場使用度高。

2.1 數據準備

2.1.1 文件準備

由于包合過程涉及零件總成的概念，所以前期需要準備的數據包括：外板零件、外板翻邊數模、內板數模的igs文件。如果要做到精確模擬還需要準備常規沖壓終序的CAE asm文件。

2.1.2 數模導入

Hemming CAE分析設置時導入數模方法和常規CAE分析一致，但是需要分別導入外板產品數模(Out_Reference)、外板翻邊數模(Outer)和內板產品數模(Inner)。需要注意的是，數模導入前需要將數模絕對坐標重置與車身坐標，否則無法設置Hemming過程(圖3)。

圖3 數模導入

2.1.3 坐標設置

包合模具坐標設置時需要與實際包合時包合總成所處的狀態一致,其設置時有一個原則，即存在包合過程的特征部位盡量對稱且等高[2]。這樣在包合過程總受力均衡，包邊模具閉高也不會做得太高,最終能得到良好的包合模具以及包合總成件。

2.2 工序運動過程設置

2.2.1 Hemming包合模塊設置

包合模塊位于工序設置界面的“Equipment”里面，此模塊里面包括了熱成形、包合、回彈等非常規CAE模塊。具體設置過程與常規設置無區別，選取需要的Hemming模塊后直接拖拽至上方的空欄即可，如圖4所示。

圖4 包合模塊設置

2.2.2 工序內容預設置

包合模塊設置后需要進入工序內容界面進行包合過程預設置(圖5)。設置過程與常規CAE設置添加簡單翻邊過程一致，添加翻邊的數量需要根據產品的邊界具體造型以及包合類型的具體需求而定[3]。其中是包邊模具的話需要估算模具預彎機構的組數，每組預彎機構對應一個翻邊運動狀態，輥邊的話需要識別棍子的具體運動過程。

圖5 工序內容預設置

2.2.3 包合形式設置

翻邊運動過程設置完了以后需要設置包合形式。包合形式在AutoForm里面有3種，分別為：輥邊形式、包邊形式以及組合形式。其中組合形式很少用，主要采用前兩種形式。

運動過程設置完以后需要對包邊的具體位置進行預設置，設置時需要對預彎鑲塊的數量進行設置，默認值為兩組預彎鑲塊一組壓平鑲塊，常用的形式為一組預彎鑲塊一組壓平鑲塊。預彎鑲塊組數量設置完以后再繼續對包邊的區域進行預設置，如圖6所示。

圖6 包合形式設置

2.3 模面工具體處理

2.3.1 下模付型面設置

包邊模具下模為外板造型，其付型面主要為臨近包邊運動的型面，起到拖料的作用，此值設置60 mm即可。具體設置時需要選擇產品邊界線，AutoForm會根據產品邊界的圓角自動生成此線。“選取包邊線”點取確定后可以設置下模付型面的參數，其中包括寬度以及外延伸量的值，外延伸量1～2 mm即可，如圖7所示。

圖7 下模付型面設置

2.3.2 內板設置

包合過程是將內外板包合，設置過程需要對內板進行指定。內板的指定有3種形式，包括：根據包合線設置，根據內板數模生成，導入內板常規CAE asm文件。根據包合線設置：首先將AutoForm界面切換至內板設置界面，點擊Add Inner Part按鈕彈出右側選擇包合線界面，根據實際需求選擇包合線，此包合線一般為產品圓角的切線，如果產品造型規則的話直接按默認選擇好的線即可。選取包合線后開始設置內板的料厚、與外板圓角切點的間隙、付型寬度，根據實際情況進行相應設置。其中內板料厚按照內板坯料料厚設置，間隙一般設置為2～3 mm即可，付型寬度即為壓料付型起作用的部位一般設置10～20 mm即可，如圖8所示。

圖8 內板設置

2.3.3 工具體設置

首次切換至“工具體”設置界面時，2D界面顯示區域為空，由于在工序規劃時已經對包合區域進行了預定義，所以在這里已經有工具體了，不過需要更新才能生成。若鑲塊邊界造型不符合要求，需要對工具體開始結束位置進行調整，以滿足需求[4]。

邊界調整完成后需要對預彎工具體即預彎鑲塊截面進行設置(圖9)，以期達到CAE分析過程與實際成形過程吻合的效果。需要注意的是預彎鑲塊切入角度的設置與預彎機構的類型、制件翻邊角度有關，設置時根據實際情況進行相應調整。切入角度值對應AutoForm設置參數γ，此值的默認值為45°，能滿足大部分包合包邊運動的需求。其他參數采用默認值即可，無需調整。壓平刀的默認參數可以滿足需求，無需進一步設置。

圖9 工具體設置

3 分析結果判定

3.1 AutoForm包邊過程判定

AutoForm包邊分析完成后可以查看包邊過程坯料成形過程(圖10)。在一些起皺敏感區域，如拐角區域需要檢查包邊過程是否有起皺趨勢，如果有明顯的起皺趨勢，需要調整工藝方案(如翻邊高度)優化起皺問題直至解決。

圖10 包邊過程判定

3.2 AutoForm包邊常規判定值

AutoForm根據分析結果輸出包合厚度(Hemming Thickness)、包邊損失(Hemming Roll-In)、包邊偏差(Hemming Deviation)。其中包合厚度表示包合后總成包邊部位的厚度，包邊損失表示包邊后邊界與翻邊數模邊界差值，包邊偏差表示包邊后邊界與產品數模邊界差值。根據AutoForm分析輸出結果判定是否超出產品要求公差。

圖11 包邊偏差判定

4 結束語

通過包邊模擬分析，可客觀反映包邊過程質量，在設計階段避免包邊質量問題，提升產品包邊質量；并且能夠通過提前包邊分析驗證，可提升整改方案有效性，縮短整改周期。為提高包邊質量，采用模擬分析可提前對缺陷進行探測、分析、驗證，提升產品質量，縮短制造周期[5]。