汽車壓合件外板展開尺寸的近似計(jì)算

吳國(guó)輝，崔志軍，馬殿一，尹 成，吳建飛

（一汽-大眾汽車有限公司，吉林長(zhǎng)春130011）

1 引言

在汽車白車身生產(chǎn)中，合格的沖壓件質(zhì)量是總成質(zhì)量的保證，發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋和車門等壓合件更是如此。在規(guī)劃沖壓外板單件的生產(chǎn)工藝時(shí)，要根據(jù)壓合總成的制件數(shù)模，設(shè)計(jì)出壓合前的外板展開數(shù)模，在這個(gè)過程中，涉及到翻邊角度和壓合損失的設(shè)定以及展開翻邊長(zhǎng)度的計(jì)算等內(nèi)容。本文所討論的是根據(jù)壓合后制件尺寸計(jì)算外板展開尺寸的方法。

2 中性層及其位置計(jì)算方法

在壓合過程中，外板的立面（通常稱為翻邊）有一個(gè)彎曲和翻轉(zhuǎn)的過程，其外層受拉伸，內(nèi)層受擠壓，在其斷面上有一個(gè)既未拉伸，又不擠壓的層，即該層在壓合前后長(zhǎng)度變化等于零，這個(gè)層稱為材料的中性層（更嚴(yán)格意義上叫“應(yīng)變中性層”[1]）。這個(gè)中性層是計(jì)算外板展開翻邊尺寸的基準(zhǔn)（見圖1）。

圖1 中性層

在生產(chǎn)中通常用經(jīng)驗(yàn)公式確定中性層位置，即中性層半徑按如下公式計(jì)算[2]：

式中ρε——中性層半徑

r——彎曲內(nèi)圓角半徑

X——中性層位移系數(shù)，與r/t的值有關(guān)，可通過相關(guān)資料查得

t——材料厚度

3 壓合件外板的展開尺寸計(jì)算

在汽車壓合件工藝規(guī)劃時(shí)，要根據(jù)壓合后的制件數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出壓合前的外板展開數(shù)模。其中的一項(xiàng)工作是由壓合后的翻邊尺寸，以及相關(guān)工藝參數(shù)的設(shè)定，計(jì)算出壓合前的翻邊尺寸。按翻邊角度大小分為兩種情形討論：

（1）翻邊角度α≥90°時(shí)的計(jì)算方法。

汽車壓合件生產(chǎn)中最常見的壓合結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

根據(jù)彎曲前后中性層長(zhǎng)度不變，可得：

式中L1·壓合后——外板壓合后中性層上的圓弧長(zhǎng)度

α——翻邊角度，根據(jù)制件狀態(tài)及壓合工藝、沖壓工藝確定，在這里α≥90°

Fv——壓合損失，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓合損失Fv的定義[3]，當(dāng)翻邊角度 α≥90°時(shí)的壓合損失Fv如圖2所示，其值在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)制件狀態(tài)及壓合經(jīng)驗(yàn)設(shè)定

L2·壓合前——外板型壓合前中性層上的圓弧長(zhǎng)度

L3·壓合前——外板壓合前（翻邊部分）中性層上的直線段長(zhǎng)度

將（3）～（6）代入（2），可以計(jì)算出L3·壓合前。

不同的設(shè)計(jì)人員對(duì)翻邊長(zhǎng)度定義可能會(huì)有不同。一般制作展開數(shù)模時(shí)會(huì)用到圖2中的L外的長(zhǎng)度，如果將此尺寸定義為翻邊長(zhǎng)度，則翻邊長(zhǎng)度可按下式計(jì)算：

在對(duì)零件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，也可以從外板彎曲部分的內(nèi)側(cè)測(cè)量，取圖2中L內(nèi)的近似值：

圖2 汽車壓合件結(jié)構(gòu)形式（翻邊角度＞90°）

（2）翻邊角度α＜90°時(shí)的計(jì)算方法。

圖3所示是當(dāng)翻邊角度α＜90°時(shí)常見壓合形式示意圖。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓合損失Fv的定義[3]，當(dāng)翻邊角度α＜90°時(shí)，F(xiàn)v如圖3所示。這種情況下：

圖3 汽車壓合件結(jié)構(gòu)形式（翻邊角度＜90°）

其它計(jì)算方法與α≥90°時(shí)相同。

4 計(jì)算舉例

某車型的車門壓合件，內(nèi)板厚度=0.7mm，外板厚度t=0.65mm，涂膠厚度0.1mm，某兩個(gè)壓合截面的翻邊角度分別是α=110°和α=60°，壓合損失Fv=0.3mm，壓合重疊長(zhǎng)度=5mm，計(jì)算此壓合截面位置的展開翻邊長(zhǎng)度。

計(jì)算過程如下：

（1）α=110°時(shí)。

r內(nèi)=（涂膠厚度×2+內(nèi)板厚度）/2=（0.1×2+0.7）/2=0.45mm；r外=r內(nèi)+t=0.45+0.65=1.1mm。

r內(nèi)/t=0.45/0.65=0.69mm，查詢中性層位移系數(shù)X≈0.28mm，根據(jù)中性層長(zhǎng)度不變：

5 應(yīng)用

在根據(jù)壓合后的制件數(shù)模制作外板展開模型時(shí)，需要知道壓合邊上每個(gè)位置的展開翻邊長(zhǎng)度。由于每個(gè)位置的翻邊角度、壓合損失設(shè)定值以及壓合后重疊長(zhǎng)度各不相同，因此一般采取的方法是建立特征截面，在這些特征截面的位置，根據(jù)展開角度、壓合損失及壓合重疊長(zhǎng)度計(jì)算展開翻邊長(zhǎng)度，然后對(duì)各個(gè)截面之間的翻邊輪廓進(jìn)行擬合處理。即便如此，計(jì)算量也比較大。

可以根據(jù)上述公式建立計(jì)算模型，輸入各條件值后自動(dòng)計(jì)算出展開翻邊長(zhǎng)度，提高計(jì)算效率。也可以對(duì)制作展開模型的軟件進(jìn)行二次開發(fā)，根據(jù)壓合后的制件模型數(shù)據(jù)（如，內(nèi)外板厚度、涂膠厚度、壓合重疊長(zhǎng)度）及壓合損失設(shè)定值、展開角度等自動(dòng)生成展開翻邊的輪廓線，可以很大程度上提高制作外板展開模型的效率。

6 總結(jié)

本文基于汽車壓合件中最常見的壓合形式，在展開角度分別大于等于90°和小于90°情形下，根據(jù)中性層理論及中性層半徑經(jīng)驗(yàn)公式，并結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)壓合損失的定義，討論了壓合件外板展開翻邊長(zhǎng)度的計(jì)算方法。近似認(rèn)為外板的彎曲半徑在壓合前后保持不變，在式（7）和式（10）中為計(jì)算方便采用了近似算法（汽車壓合件翻邊尺寸數(shù)量級(jí)下此處誤差很小，約為0.01mm）。一般在沖壓件設(shè)計(jì)中翻邊尺寸的公差是±0.5mm，采用上述方法計(jì)算出的展開翻邊尺寸能滿足設(shè)計(jì)及生產(chǎn)要求。