基于AutoForm預測及改善汽車外覆蓋件翻邊整形的表面缺陷

王麗珠，容勝忠，蘇飛宇，陽 學，楊 歡

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

汽車外覆蓋件包括側圍、翼子板、頂蓋、機蓋、背門及4個側門，這些零件表面包含外觀面和非外觀面，非外觀面與其他零件有匹配要求，外觀面成形主要采用拉深工藝，而非外觀的匹配面則采用翻邊和整形工藝。由于工序數量和數模功能的限制，翻邊整形存在以下問題：①翻邊整形不能通過一個刀塊完成；②翻邊整形面的角不能按照沖壓方向線進行搓翻；③翻邊整形深度差異大、輪廓復雜，不能同時觸料或局部觸料較晚。這些問題使匹配區域翻邊整形時產生缺陷，這類表面缺陷大部分可以通過仿真軟件進行分析，提前發現及改善，但卻在工藝設計階段被忽視[1,2]，使問題遺留到模具調試階段，以至于整改成本增加、制造時間延長。雖然這些缺陷不至于影響汽車的使用性能，但會影響客戶對整車外觀的滿意度，因此國內大部分的汽車制造企業都有對外觀面質量進行評審的體系[3]。

AutoForm軟件在模擬沖壓板件的成形及預測成形缺陷方面速度快且易操作[4]，已經成為行業內普遍采用的成形仿真軟件。為了提高生產效率，現結合多個項目開發經驗，對翻邊整形設計不良的區域進行分類總結，并通過案例演示AutoForm軟件模擬檢查和優化驗證，提前發現及改善這些區域翻邊整形的表面缺陷問題。

1 外覆蓋件翻邊整形表面缺陷區域

翼子板形狀復雜，所使用的成形工藝能代表外覆蓋件沖壓成形工藝類型。以某翼子板為例，根據工藝類型對翻邊整形工序易出現表面缺陷的區域進行分類總結。

1.1 翼子板常規成形工藝

翼子板常規成形工藝為：工序①拉深；工序②修邊沖孔；工序③翻邊整形；工序④翻邊整形沖孔，其他零件由于造型的不同，工藝會略有不同。

1.2 翻邊整形表面缺陷高概率區域

根據翼子板常規工藝設計，結合以往項目開發經驗，對翻邊整形工序容易出現表面缺陷的區域進行如圖1所示的分類：①翻邊整形輪廓線復雜的區域；②不同翻邊方向的交刀區域；③兩工序翻邊過渡區域；④整形時容易邊緣開裂的區域；⑤前工序整形容易補償過量、后工序有沖孔但無補償的區域。

圖1 翻邊整形易出現表面缺陷的區域

2 外覆蓋件翻邊整形質量缺陷案例

2.1 翻邊整形輪廓線復雜區域

圖2所示是某車型翼子板C線位置在AutoForm分析工序③翻邊時存在的表面缺陷，原因為如圖3所示數模設計中區間A的翻邊輪廓是內凹狀，且為了滿足整車安裝要求，M形的深色翻邊面不能按照沖壓翻邊方向線調整翻邊面的角度，導致翻邊面與翻邊方向的夾角太大，翻邊時在這個位置產生表面缺陷。針對上述問題采取的對策如圖4所示，將滿足沖壓翻邊角度要求的淺色翻邊面加長，由原來的1 mm加長到5 mm，數模優化后分析結果顯示翻邊到底前3 mm缺陷消除。

圖2 翼子板C線位置工序③翻邊時缺陷

圖3 翼子板C線位置的數模設計

圖4 翼子板C線位置優化后數模設計

2.2 不同翻邊方向的交刀區域

圖5所示為某車型翼子板AutoForm分析發現工序④翻邊時圓角不順的缺陷，原因為工序③翻邊到底的工序件放在工序④翻邊時，翻邊刀塊太短，未包住工序③未翻邊區域，產生了翻邊缺陷。針對上述問題采取的對策如圖6所示，加長工序④翻邊刀塊（箭頭方向），使與工序③翻邊刀塊交疊量由原來的約10 mm增加到約25 mm，問題得到解決。

圖5 翼子板工序④翻邊缺陷

圖6 翼子板工序③和優化后的工序④翻邊刀塊設計

2.3 兩工序翻邊過渡區域

圖7所示是某車型翼子板表面起鼓的質量問題，經AutoForm分析確定原因為工序③翻邊刀塊設計不良，翻邊區域至未翻邊區域過渡急劇，僅10 mm，導致翻邊后工序件過渡急劇，該工序件放在工序④翻邊時翻邊起鼓，出現表面缺陷。針對上述問題采取的對策如圖8所示，優化工序③翻邊刀塊的設計，加長翻邊至不翻邊區域的過渡段，保證工序③翻邊后工序件過渡平緩，工序④翻邊時缺陷改善明顯。

圖7 翼子板與前門匹配A面缺陷

圖8 翼子板工序③翻邊刀塊優化設計

2.4 整形時邊緣容易開裂區域

圖9所示是某車型側圍外板局部R角偏大，數模設計為R2 mm，實際樣件檢測約為R2.8 mm，影響與加油口的匹配。經現場了解發現，原因為修邊線轉角邊緣整形后開裂，現場調試時為了解決開裂問題，局部放大了翻邊間隙。

圖9 側圍加油口匹配圓角不一致

要解決局部匹配圓角偏大問題，不能按照數模設計要求更改翻邊間隙，而應先解決開裂問題，但是由于數模已經發布，更改的空間有限，為了保證更改不影響其他匹配零件，在采取整改方案前，先用軟件模擬驗證了多種方案。最終現場實施了圖10所示的對策：工序①增加儲料凸包如圖10（a）所示，同時工序③按照圖10（b）所示優化內部不可見面的圓角和修邊線，局部匹配圓角偏大問題得到解決。

圖10 采取的對策

2.5 前工序補償過量及后工序沒有補償的區域

圖11所示模擬結果顯示翼子板與前保險杠匹配的圓角在工序④上壓料板與下模貼合時發生塑性變形，預測A面會產生表面質量缺陷，原因為工序③側壁做了約3°的向內補償，但工序③模擬結果顯示回彈后工序件側壁沒有回彈到數模狀態，而是存在負回彈，這樣工序件放在側壁未做內收補償的工序④下模型面時，工序件側壁會與工序④下模型面干涉，導致靠近干涉部位的A面區域被撐高，工序④壓料板閉合時圓角發生變形，干涉量越多，變形越嚴重。針對上述問題采取的對策：前工序補償過量，后工序也需要做補償或對沒有工作內容的型面進行避空處理，以避免前工序件放在后工序下模時干涉，導致上模壓料板閉合時出現表面缺陷。圖12所示是工序④干涉的側壁避空后，工序④壓料板閉合時塑性變形區域明顯減少的分析結果。

圖12 工序④優化后壓料板閉合時圓角塑性變形減少

3 結束語

將翻邊整形易出現缺陷的區域總結為5類，通過軟件模擬分析，檢查這些區域，提前發現問題和驗證優化方案，將出現的問題在數模和工藝設計階段解決，既使出現的問題遺留在模具調試階段，通過軟件分析，也能確定其產生的原因，為調試整改節約時間及降低制造成本。