汽車覆蓋件翼子板全型面回彈補償方法應用研究

夏燦添，劉志強，黃義關，馮海群

（廣汽乘用車有限公司，廣東廣州511434）

1 引言

隨著現代汽車工業的發展，市場上車輛類型越來越多，控制整車的制造成本，是企業競爭力重要體現，其中白車身的成本就是其中重要部分。覆蓋件翼子板是屬于白車身的一個關鍵部件，造型復雜，要獲得高質量、穩定的制件，不是一件容易的事。目前，由于覆蓋件設計制造的特殊性，汽車模具行業普遍認同利用CAE仿真模擬進行回彈補償，可以減少后期由于回彈原因造成的模具反復修改的工作量[1]。借助Autoform軟件進行沖壓仿真分析，完成回彈補償方案的驗證，并且指導現場模具制造，取得相對滿意的結果。

2 冷沖壓模具開發基本流程及回彈補償的重要性

冷沖壓模具開發基本流程如圖1所示。

圖1 模具開發基本流程

近幾年，汽車行業快速發展，消費者對于汽車品質的的要求越來越高，所以對于汽車重要外覆蓋件，從模具及工藝上提出更高的要求，希望縮短模具制造周期，降低模具制造成本，同時也要提升制件質量和市場競爭力。其中，回彈是影響汽車覆蓋件質量和尺寸的重要因素?；貜検潜“鍥_壓成形過程中不可避免的物理現象，是整個成形歷史的累積效應，與模具幾何形狀、材料特性、摩擦接觸、潤滑狀態等諸多因素密切相關，回彈問題非常復雜[2]。所以，若在沖壓模具制造中，先預測制件回彈，進行有效補償，可以避免反復地修模、試模，從而削減模具生產成本、縮短模具制造周期。制件回彈補償是非常重要和有意義的工作。

3 某車型翼子板介紹

汽車車身的覆蓋件翼子板是汽車外表的覆蓋件，這些制件既要保證強度，又要保證外表美觀、內部功能完好，由于整體造型復雜搭配關系多，是白車身精度提升關鍵零件。它的外形尺寸為907×765×191mm，屬于大型汽車覆蓋件，如圖2所示。

圖2 覆蓋件翼子板

本次設計制件使用的材料為DC53D+ZF，材料厚度為0.65mm。

根據設備生產特性要求和模具制造成本的客觀因素，4工序成形方案為本次翼子板最終工藝方案，整體工序內容為：拉伸?全周側修邊沖孔?翻邊?翻邊整形沖壓。

沖壓方向對于制件的成形性和后工序的工藝方案設定影響很大，沖壓方向設計是指在綜合考慮制件信息、材料、工藝等因素及實際生產中的各種“非線性”問題的基礎上，完成的沖壓方向設計[3]。結合外覆蓋件翼子板自身特性，綜合考慮沖壓方向時候，一般結合制件最小的成形深度，設備自動化允許工序間的旋轉角度差以及棱線的滑移等幾個方面，最終確認覆蓋件翼子板沖壓方向為制件Z方向旋轉25°，如圖3所示。

圖3 制件沖壓方向

為了達成制件內部一定塑形變形，讓材料得到沖壓延展，制件周邊設定工藝補充面是必要的。同時多余工藝補充內容，會利用后工序，將多余的廢料進行切除，最終得到一個合格制件。為了提高制件成形質量和過程穩定性，檢討得出合理的工藝補充面和最優工藝方案是沖壓工藝關鍵工作[4]。

4 回彈分析

4.1 制件工藝穩健性確認

對于翼子板進行精算分析之前，要明確當前工藝方案是否為制件成形最優狀態。用CAE軟件Autoform中的Sigma模塊，通過對屈服強度、抗拉強度、r-值、摩擦系數、壓邊力、材料厚度等參數的浮動變化進行分析，這個浮動范圍一般設置為±10%，確認制件檢查翼子板制件工藝穩定性，排除因為工藝及材料等噪音因素[5]。若制件各個參數稍有變化，回彈結果產生很大的變化，則說明前面工藝方案和回彈結果是不可靠的，要進行調整。按照上述參數設置后的翼子板穩健性分析結果如圖4、圖5所示。

圖4 最大失效的分析結果

圖5 減薄率的分析結果

4.2 回彈預測分析

利用AutoForm軟件分析得到各工序分析結果，如圖6、圖7、圖8、圖9所示，由于需要分析制件狀態是否良好，該結果暫時沒有考慮檢測支架夾緊點的影響。由此發現，制件OP10拉伸工序、OP20修邊工序、OP30翻邊工序、OP40沖孔整形工序均有回彈產生，而其中修邊工序，是制件應力釋放過程。通過工序件之間的回彈比較，得出制件每道工序由于成形原因，存在不同回彈效果，所以單從某一工序進行補償無法解決制件回彈問題，建議采用全型面補償回彈補償方案[6]。

圖6 OP10工序分析結果

圖7 OP20工序分析結果

圖8 OP30工序分析結果

圖9 OP40工序分析結果

翼子板制件由于輪廓四周都有成形工藝，若直接根據整車系統定位點RPS進行補償[7]，會導致整體補償結果失真，所以建議選取制件A面回彈量比較小點作為加持點，一般選定4個加持點。選擇夾持點時候，建議選擇離開法蘭面最近的A面作為基準點及棱線附近點，此處制件剛度較強，如圖10所示。

圖10 制件加持點

4.3 回彈補償分析

通過各工序件自由回彈的差異分析，明確了翼子板的回彈補償方案。同時利用在Autoform軟件進行補償自動迭代進行計算，建議迭代次數要控制在二次以內。其中補償策略為通過最終回彈結果對制件全工序進行補償，如圖11所示。

圖11 補償策略

最后根據Autoform回彈分析結果，將數值使用三維軟件CATIA進行加工模面數據處理，制件A面全型面補償，補償量范圍-1.58~+0.82mm，得出結果如圖12所示。

圖12 制件A面補償量

通過前面補償策略后，為了判斷補償結果準確性，按照全工序分析的要求，將回彈補償后的各個工序加工數模重新導入到Autoform分析軟件中進行驗證計算，查看各個工序的成形是否達到要求。最終得到補償效果驗證結果，如圖13所示，整體A面回彈結果控制在±0.7mm以內，是比較好的結果。

圖13 補償后分析結果

其中，由于翼子板為整車外觀覆蓋性，有比較高A面質量要求。所以對于補償后數模，務必進行補償前后斑馬線檢查及曲面的凹凸性檢查，保持補償后制件光影跟造型基本一致。如圖14、圖15所示。

（1）斑馬線質量驗證（Z向）如圖14所示。

圖14 制件斑馬線圖

（2）曲面的凹凸性檢查如圖15所示。

圖15 曲面的凹凸性圖

4.4 現場實際制件確認

檢驗模擬分析結果的準確性提高，需要現場實物結合不斷分析總結。在制件現場首次成形后，利用藍光掃描高精度設備進行掃描確認，最終獲得制件的三維掃描結果如圖16、圖17所示。通過制件數模與掃描結果對比，制件精度狀態良好，證明整體回彈補償策略是正確的，其中搭接外觀A面尺寸合格率為90%，除了車輪側局部超差和局部法蘭面，遠遠超過以往項目翼子板首次出件平均精度71%。后期經過兩輪精度整改，滿足制件精度要求，大大縮短制件品質培育時間。

圖16 現場實際制件

圖17 首次出件掃描結果

5 結束語

通過某車型覆蓋件翼子板全型面回彈補償分析應用研究，應用Autoform軟件進行的回彈預測與回彈補償工作，提升制件首件精度，從而達成制件品質提升以及制造成本削減的目的。其中也有預估不足的地方，只能通過理論與實際不斷探索，提高制件首次精度，達到國際先進水平。目前，隨著我國模具行業不斷發展，Autoform軟件的不斷應用，將有助于國內汽車模具行業良好發展。