基于AutoForm的汽車制動盤防塵罩沖壓反彈優化

黃佳銳

廣東省南方技師學院 廣東韶關 512200

1 序言

客戶提供的產品材料不同，模具分型面也要根據材料的反彈程度作出相應調整。按照通常的模具開發流程，對最初設計的上、下模分型面進行多次、反復的試沖驗證，實測產品成形后的尺寸，最終得到模具所需的分型面數據。這種開發流程效率太低，且經過多次CNC重復加工后，模具產品的表面質量也會受到較大影響。

2 產品的使用要求及分析

某模具工廠接到一對汽車剎車盤上的產品模具訂單，產品名稱為制動盤防塵罩（見圖1），產品材料選用GW01鋁合金，量產數約為100萬件，最大外形尺寸約為f350mm，料厚1mm。

圖1 制動盤防塵罩

汽車制動盤防塵罩是汽車制動盤的重要保護部件，如果防塵罩的強度和剛度不足，就會在遭受石子等異物撞擊后發生彎曲變形，導致防塵罩與制動盤發生不正常的接觸摩擦，造成制動異常，影響車輛的制動性能，對整車的行車安全造成潛在威脅。

根據產品的使用條件，要求成形零件外觀無開裂、起皺及壓傷，并且邊緣無毛刺等缺陷，翻邊平面度及匹配公差符合技術要求。該產品非外飾件，后期需要點焊到剎車盤的零部件上，因此要求貼合的平面度較高，尺寸匹配要求也較高。產品的外觀尺寸如圖2所示，外觀形狀的高低差為20mm，涉及多個斜面和圓弧面，采用的材料GW01鋁合金是在6061鋁合金基礎上研發的一種新型高強度鋁合金[1]。

圖2 產品的基本外觀尺寸

3 CAE模擬分析軟件中的分析結果

按照客戶所提供的產品3D圖，根據初始貼合狀態，對模具上、下模進行分模設計，將分模后所得到的模面（見圖3）導入AutoForm R6軟件中進行整個拉深成形過程的有限元數值模擬，通過觀察每道工序對成形過程中圓角半徑和形狀毛坯的改變，對比不同工藝參數對拉深質量的影響，從而預測潛在的成形缺陷，如拉裂、起皺等情況[2,3]。

圖3 制動盤防塵罩的初始分模面

模具設計開發時，一般采取的工藝順序是將整個產品的變形量控制在模具的第一道拉延工序中，隨后仔細觀察整個部件是否存在其他扭曲變形或反彈，再在第二道修邊工序中進行剩下的局部修整。該工藝比較易于處理，反之，等材料在沖壓過程中發生了塑性變形后再處理，遺留下來的工作量就會非常大。該制動盤的拉延工序如圖4所示。

圖4 制動盤的拉延工序

將該產品在原設計合模狀態下的模面導入AutoForm軟件分析反彈數據，得到的反彈運算結果如圖5所示，在拉延后的垂直方向，反彈的最大值為＋5.341mm，最小值為－6.521mm，整個產品的反彈差值相對較大。參考AutoForm軟件的分析結果，進行局部修正，在模面的合理位置添加拉延筋或平衡塊，以控制材料的流速，從而控制反彈結果。通過CAE軟件的反彈運算可知，在模具設計階段就要考慮反彈數據差值，根據產品材料特性的不同，對凸、凹模仁的參數進行分模面的補償修正。

圖5 AutoForm軟件的反彈運算結果

4 結合CAE數據在UG軟件中進行模面位置調整

按照CAE分析的反彈數據進行模具生產后，模具進入產品試沖階段。通過試沖結果來觀察產品的實際變形情況，利用客戶提供的產品檢具進行數據采集。圖6所示產品在檢具（見圖7）中反饋得到的相應數據顯示，局部位置仍有1.2mm的彈性變形。結合該變形的數值、方向及位置，在UG軟件中進行相應的曲面補償調整。一般情況下，在利用UG軟件調整完變形位置后，還要進行CNC補償加工與鉗工修復。

圖6 產品實物

圖7 廠家提供的產品檢具

該模具的總體變形情況基本已經得到控制，利用UG軟件進行調整時，通過提取需要的變形面曲線，如圖8所示，連接所有曲線生成一個新的曲線框（見圖9）。再利用Omni自由變換器，將需要調整的曲面復制到新的曲線框位置，建立新的曲面，以偏移型面位置來補償變形的差值距離，將該曲面向需要調整的方向偏移－1.2mm，調整后的曲面如圖10所示。

圖8 在UG中提取需要變形面曲線

圖9 生成一個新的曲線框

圖10 局部調整－1.2mm后的曲面

經過局部位置的調整后，依據CAE軟件的最新數據對模具的分模面進行重新加工，模具缺料時用補焊的方法進行補償，高出部分則用CNC加工直接去除，對模具分模面進行“多切少補”后，產品試模后的變形情況得到明顯改善。

5 結束語

根據材料的反彈程度與產品的外形結構不同，充分利用AutoForm軟件進行CAE分析，結合UG軟件的曲面補償方法對產品局部反彈進行優化調整。在實際生產過程中，大幅提升了生產效率，減少了模具反復修模、試模的次數，從而直接有效地縮短了模具的生產周期。