外覆蓋件轉角翻邊問題探討

吳雄偉，蔣 吉，吳志兵，謝國文，李釗文，楊 建

（廣州汽車集團股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

0 引言

外覆蓋件作為白車身的重要組成部分，其制造品質對整車影響較大。部分外覆蓋件翻邊法蘭無塑件包裹，電泳油漆或連接工藝搭接裝配件后常作為A級或B級面存在，對其外觀影響較大。現以某外覆蓋件外露轉角為研究對象，基于AutoForm分析軟件，構建工藝模型進行仿真分析，在CAE工藝模型的基礎上，實物試制驗證并持續量產，基于分析驗證結果，給出零件設計約束，為后續其他車型轉角設計提供參考。

1 零件結構

某外覆蓋件轉角壓縮類翻邊結構如圖1所示，外表面夾角為137°，翻邊高度為8～12 mm，圓角為R30 mm，翻邊夾角為105°。

圖1 覆蓋件轉角壓縮類翻邊結構

壓縮類翻邊結構成形過程中易產生材料堆疊 起皺現象，受裝配件搭接約束，翻邊型面平面度要求較高，因此給工藝設計帶來較大難度。覆蓋件翻邊結構如圖2所示，為伸長類翻邊，外觀面夾角、轉角圓角及翻邊面夾角與壓縮類數值一致。伸長類翻邊因圓角小，容易產生翻邊缺料引起零件開裂。

圖2 覆蓋件轉角伸長類翻邊結構

2 工藝分析

為保證法蘭面品質及R角的光順性，零件采用正翻邊工藝。

2.1 常規翻邊

常規翻邊方案如圖3所示，左側為拉深工藝補充形式，右側為正翻邊刀塊刃入截面形式。為保證圓角的光順性，一般工序①拉深時，先成形圓角的一半，后工序再翻邊到位，常用于伸長類翻邊。

圖3 常規翻邊截面

2.2 夾料翻邊

為保證零件轉角位置翻邊面的平面度，也可選擇夾料翻邊，截面如圖4所示。圓角翻邊過程中，四周材料容易失穩起皺。增加壓板夾持，抑制材料失穩，可以使材料呈雙向拉伸趨勢，改善成形品質，通常應用在壓縮類翻邊結構中。

圖4 夾料翻邊截面

2.3 CAE仿真分析

基于上述工藝方案，進行CAE模型仿真分析。材料采用外覆蓋件常用的DC53+ZF，材料參數模型如圖5所示，網格劃分及參數設置如表1所示。

圖5 材料參數模型

表1 網格參數設置

完成工藝模型創建及網格劃分設置后，提交計算，完成仿真分析，壓縮類翻邊結構方案分析結果如圖6所示。圖6中淺色為成形充分；灰色為成形不充分，深色為成形增厚。

從圖6可以看出，壓縮類夾料翻邊仿真結果在淺色成形充分區域的長度比常規翻邊的長度長，增加的夾料壓板給自由狀態的板料施加一個抵抗壓縮變形的力，使轉角位置成形更加充分。

圖6 壓縮類翻邊CAE分析

伸長類翻邊分析結果如圖7所示，常規翻邊減薄率最大為9.3%，夾料翻邊減薄率最大為16.5%，伸長類翻邊板料成形變形充分，因此常規翻邊材料減薄率比夾料翻邊減薄率小，在伸長類翻邊結構下，轉角翻邊相同位置夾料翻邊比常規翻邊減薄率高5%～7%，翻邊型面較為平整，2種工藝形式均可以滿足成形品質需求。

圖7 伸長類翻邊CAE云圖

2.4 變量模型搭建

為了進一步驗證零件設計約束，構建不同的翻邊圓角、翻邊高度及夾角模型進行常規翻邊方案仿真分析，分析結果如表2所示。表2中淺色為成形充分區域；深色為成形不充分區域。

從表2可看出，不同條件下的壓縮類翻邊，CAE成形狀態存在一定差異，主要體現為邊部拉深不充分，有可能影響零件的成形品質，需開模取樣評估。從表2還可以看出，不同零件結構條件下的伸長類翻邊，成形較好，無開裂起皺風險。

3 生產驗證

綜合考慮軟件精確度、成本、生產周期后，實物驗證主要搭載當前數據結構夾料翻邊R30 mm、常規翻邊R30、R20 mm的實物狀態。

3.1 模具結構

依據工藝方案，設計拐角R30 mm夾料翻邊模具結構，如圖8所示，保證前期分析方案與實際制造方案的一致性。常規翻邊R20、R30、R40 mm變圓角及變角度模具結構如圖9所示，結構變化區域主要通過鑲件實現，不同的零件局部結構成形對應不同的鑲件，后續通過更換鑲件實現變量調試取樣。

圖8 夾料翻邊模具結構

圖9 常規翻邊鑲件結構

3.2 現場取樣驗證

以CAE仿真工藝參數為參考，上壓板依靠氮氣缸提供壓力源。因翻邊局部造型變化，對壓板影響不大，可認為是不變量。采用機械壓力機及量產恒定，確保驗證結果的準確性，翻邊工藝方案不同，零件實際取樣結果如圖10所示。

圖10 不同翻邊工藝方案實物取樣結果

綜合圖10實物結果及表2的CAE分析結果可以看出，翻邊成形分析與實物取樣結果基本一致。成形不充分區域在FLD云圖中顯示為深色，實物取樣有可見皺褶，品質不良。壓縮拐角夾料翻邊比常規翻邊方案尾部皺褶區域短，成形品質更好。調整常規翻邊工藝，模具零件間采用負間隙，強壓壓平端部，可使常規翻邊與夾料翻邊同等品質，但長時間使用，對模具零件損傷較大，不利于保養。壓縮類不同圓角及夾角，零件取樣結果如圖11所示。

圖11 工序④壓料板閉合時圓角發生變形

圖11 壓縮類零件取樣結果

伸長類不同圓角及夾角，零件取樣結果如圖12所示，對比R20、R40 mm及變夾角常規翻邊結果，成形品質基本一致。

圖12 伸長類零件取樣結果

伸長類翻邊不同工藝方案對比如圖13所示，主要對比R30 mm夾料翻邊及常規翻邊的結果。綜合CAE及實物取樣結果，翻邊無開裂及起皺等現象，零件品質較好。經過多輪CAE對比，針對壓縮類轉角翻邊，依照表3所示翻邊角度、高度、夾角選取，可解決轉角起皺問題，滿足生產需求。

表3 壓縮類轉角翻邊參數選取

圖13 不同翻邊工藝方案實物取樣結果

4 結束語

通過CAE及實物驗證對比分析，論述某外覆蓋件拐角采取不同翻邊工藝方案得到零件的成形狀態，結論如下。

（1）針對壓縮類轉角翻邊，優先考慮夾料翻邊，其次考慮負間隙夾角翻邊，常規無壓料翻邊1個料厚的模具零件間隙，無法滿足轉角翻邊生產需求。

（2）在滿足壓縮類轉角翻邊品質條件下，相同位置的伸長類翻邊裝配件，成形品質無風險。對伸長類翻邊零件，建議優先考慮常規翻邊方案，不采用夾料翻邊。