基于AutoForm的某車型前門鉸鏈加強板的優化設計

徐莉

摘 要：根據零件特征，結合AutoForm分析結果，對前門鉸鏈加強板及相關件的設計提出了優化建議，按照新的方案來設計，可以改善原方案沖壓質量，提高材料利用率，降低工序、模具等的成本。

關鍵詞：鉸鏈加強板 可成型性 優化設計

1 相關背景

汽車前門鉸鏈加強板是前門的重要結構件之一，用于增加前門上下鉸鏈及限位器安裝面的強度，以保證前門的垂直剛度。根據加強板的結構，生產中會選用不同的沖壓工藝（拉延或成型）。在產品設計前期進行沖壓可成型性分析可以最大程度避免后期制造問題（開裂、起皺、回彈等）的發生，還可以更好的優化沖壓工藝，降低廢料率、工序、模具等制造成本。目前，行業內普遍采用AutoForm軟件對鈑金件進行沖壓可成型性分析。

某車型在前期設計時，采用如圖1所示的鉸鏈加強板設計方案：上鉸鏈加強板加強區域覆蓋了限位器和后視鏡的安裝位置，下鉸鏈加強板加強區域延伸覆蓋了車門拐角區域。

2 現有結構的沖壓工藝及問題

2.1 下鉸鏈加強板的沖壓工藝及問題

將下鉸鏈加強板導入AutoForm進行可成型性分析。根據其結構及包絡體體積，選擇成型工藝，落料、成型、沖孔，3序可完成。成型性結果如圖3所示。

存在問題：（1）料邊線精度差：由于零件較小，鉸鏈安裝孔的角度不滿足定位要求，只能采用邊定位，定位準確性較低，導致零件料邊線精度較差，最大偏差量在6mm。（2）零件起皺：從起皺云圖可以看出，最大起皺值達0.278，超出要求值0.04約7倍。（3）材料利用率低：從排樣結果上可以看到，兩焊接支腳之間的廢料較多，導致零件的材料利用率較低，僅69%。

2.2 上鉸鏈加強板的沖壓工藝及問題

將上鉸鏈加強板導入AutoForm進行可成型性分析。首先觀察零件結構，確定沖壓工藝。如圖4所示，該上鉸鏈加強板結構件集成了后視鏡加強板和限位器加強板，因此兩垂直面上均有較大深度的工作面（后視鏡安裝面約127mm，鉸鏈安裝面約144mm）。結合零件造型情況，此零件需要采用拉延工藝。鉸鏈和限位器安裝面較為平整，放在側壁不易產生沖壓負角，而后視鏡安裝面部分有較多臺階特征，如放在側壁則會有較多沖壓負角，故選擇后視鏡安裝面法向為沖壓方向。通常情況下，我們會采用左右件對稱布置、共模生產的方案，如圖5所示。根據零件結構，結合零件邊線角度進行工藝規劃，該零件需要至少4序成型：落料、拉延、修邊+沖孔、側修邊+側沖孔。

拉延工序采用零件自身法蘭面作為壓邊圈基準面，完成如圖5所示的模面設計。之后，需要對修邊線進行檢查，一般情況下正修邊角度最大不應超過20°，否則修邊毛刺會比較大，影響零件質量和使用性能。上鉸鏈加強板的修邊角度檢查結果如圖6所示，其中紅色段修邊角度均超過20°，不滿足正修要求，需要進行側修。

由于該零件有部分型面位于壓邊圈上，故計算時未設置拉延筋。經AutoForm計算后獲得其可成型性結果如圖7所示。

存在問題：（1）零件開裂：由于零件的拉延深度較大（約144mm），在不設置拉延筋的情況下，零件仍有多處位置開裂，其中以鉸鏈安裝位置附近的特征開裂較為嚴重。（2）表面起皺：受零件特征限制，和在拉延過程中不均衡的走料情況，導致零件多處起皺。（3）材料利用率較低：單件材料利用率不足50%；（4）側修邊區域過多，模具成本較高。

3 設計優化方案

優化方案應解決的主要問題有：（1）解決零件成型過程中出現的起皺、開裂等表面質量問題；（2）提高材料利用率，降低板料成本；（3）優化沖壓工藝，降低模具成本；（4）不增加零件數量。

提出的優化方案如下：

如圖8所示，（1）將上鉸鏈加強板沿紅線所示拆分為件①后視鏡加強板和件②上鉸鏈加強板，同時切除件②上黃色陰影部分；（2）將下鉸鏈加強板沿紅色線切除件④部分，僅保留件③下鉸鏈加強板部分，同時補出件③黃色陰影部分；（3）將件②與件③合并為一個件，即鉸鏈加強板。

按上述分件方案重新設計，并優化各零件邊界搭接后，得到如圖9所示的最終方案，新方案共2個零件，后視鏡加強板和鉸鏈加強板。新方案的兩個零件都有一個較為平整一致的主體面，主體面外連接的法蘭邊都較短，且各主體面都有可以作為沖壓定位孔使用的零件孔，這樣的零件制造難度明顯降低。

3.1 后視鏡加強板可成型性分析

將后視鏡加強板導入AutoForm進行可成型性分析，采用成型工藝，3序可完成：落料、成型、沖孔。成型性結果如圖10所示，零件沒有開裂風險，失效性遠低于要求值，起皺風險在允許的范圍內，且材料利用率提升至76.95%。

3.2 鉸鏈加強板可成型性分析

將鉸鏈加強板導入AutoForm進行可成型性分析，采用成型工藝，3序可完成：落料、成型、沖孔，為保證后續有足夠的調試余地，預留整形工位。成型性結果如圖11所示，零件沒有開裂風險，失效性遠低于要求值，起皺風險在允許的范圍內，且材料利用率提升至82.66%。

4 結語

更好的零件質量，更低的制造成本，是汽車制造業不斷追求的目標。在前期設計時即對零件進行可成型性分析必不可少，我們始終追求更高的材料利用率，更高的可制造性，更簡潔的工序動作，更簡單的模具結構，為此，我們依托AutoForm軟件的助力，向零件設計溯源，提出更好的分縫分件方案，共同優化。