虛擬調試技術在發罩內板尺寸精度提升上的應用

文／孫瑞亮，李凱，胡勇，夏令國，袁安剛·一汽模具制造有限公司

汽車沖壓件最重要的質量標準就是尺寸精度，如何在模具狀態穩定后，進行快速有效的尺寸整改是一項非常重要的工作。汽車發罩內板是沖壓件中比較典型的零件，本文以發罩內板的尺寸整改為例，介紹了如何基于AutoForm 軟件的虛擬調試技術，來進行快速有效的尺寸精度提升。

汽車發罩是汽車外覆蓋件中的重要組成部分，在結構上一般由外板和內板組成。沖壓完成單件成形后，發罩外板和發罩內板通過壓合包邊工藝結合成一個整體封閉結構，中間夾以隔熱材料，涂膠后完成裝配。發罩整體造型平坦光順，由于外板為A 級曲面，一般造型簡單，制件強度較差，所以發罩內板為整個發罩提供剛性支撐作用。從單件來看，發罩內板中間結構部分形狀較為復雜，尺寸穩定，周圈法蘭需要與外板壓合裝配，尺寸精度要求較高。本文主要介紹某車型發罩內板尺寸整改過程中，運用基于AutoForm 軟件的虛擬調試技術進行快速有效的整改方案制定。

發罩內板產品及工藝方案介紹

材料及產品介紹

某車型發罩內板材質為5000 系鋁，材料參數見表1。產品形狀如圖1，內部形狀為典型鋁制發罩內板六角形減重孔，產品自身左右側不對稱。產品長度1535mm，寬度1257mm，高度132mm。

圖1 某車型發罩內板

表1 材料參數

沖壓工藝方案介紹

此發罩內板根據生產廠家生產線要求沖壓工藝方案設計為4 工序完成，沖壓工藝方案如圖2 所示。第一序OP10拉延，產品造型完全拉到位，后序無整形量。接下來由OP20 和OP30 兩序進行修邊沖孔，避免了采用廢料刀產生修邊料屑。最后一序OP40 為周圈壓合邊校形及優化模具結構強度調整的沖孔工藝內容。

圖2 沖壓工藝方案

回彈補償方案介紹

產品全工序進行CAE 精算分析后，通過工藝手段優化自由回彈，最終達到穩定的尺寸狀態作為補償基準狀態(圖3)。由于產品形狀在OP10 拉延已經全部成形到位，后序為純修邊和整形、校形，不會對最終產品尺寸造成影響，所以回彈補償方案為OP10進行型面回彈補償，OP20 第一次修邊進行型面符型補償，OP30、OP40 回歸產品型面。最終補償后進行驗證，尺寸結果如圖4 所示，制件完全達到產品尺寸公差要求。

圖3 補償基準狀態

圖4 檢具支撐尺寸

實際模具出件狀態

模具調試完成后，各序定位精準，壓料著色狀態良好，工序件尺寸狀態穩定，對最終產品進行檢測，進行尺寸確認。

ATOS 掃描結果

ATOS 掃描可以更直觀地看出模具出件相對于產品數據的趨勢變化，根據掃描結果查看理論與實際的差異區域。圖5 為發罩內板在檢具上的掃描結果，綠色為中值，黃色為正值，藍色為負值，根據右側色標即可判斷出，零件上不同區域的變化及量值。通過結果可看出產品內部大面尺寸較好，局部很小量值超出產品公差要求。尺寸要求較高的壓合法蘭邊，前側和后風窗側尺寸較好，僅左右兩側法蘭尺寸高2mm 左右。

圖5 ATOS 掃描結果

三坐標掃描結果

根據產品品標式樣書要求的公差，針對制件進行三坐標檢測，確定模具首次出件合格率，并為下一步尺寸精度提升進行數據支持。此發罩內板首件合格率為89.8%，局部超差較大法蘭邊尺寸如圖6 所示。兩側法蘭邊最大超差量值與ATOS 基本一致，最大處2.4mm，左右不對稱。

圖6 局部型面三坐標檢測結果

虛擬調試尺寸精度提升

虛擬調試CAE 分析參數設置及運算

由于產品形狀在拉延完全到位，后工序對制件回彈尺寸幾乎沒有影響，所以尺寸整改思路與回彈補償方案一致，即在OP10 拉延進行。從模擬分析來看，影響拉延尺寸的調試可控因素只有拉延筋強弱，所以設置圖7 制件尺寸偏差大區域拉延筋作為變量進行CAE 分析計算。左右兩側DB1 和DB2 正向關聯，DB3和DB4 正向關聯，通過計算來驗證四處拉延筋變化對尺寸的影響。

圖7 SIGMA 分析參數設置

虛擬調試CAE 分析運算結果查看

虛擬調試CAE 分析運算完畢后，查看尺寸結果。通過產品兩側法蘭尺寸偏差較大區域尺寸影響因子的柱狀圖（圖8)可以看到，影響該區域尺寸的因素為DB3 的拉延筋，影響占比94.5%，由于DB3 和DB4 正向關聯，兩側因素對稱。反映出實際模具上發罩內板靠近前側的兩處短筋的強度對產品兩側尺寸影響最大。

圖8 尺寸影響因素柱狀圖

如果要調整發罩內板兩側尺寸，需要對DB3 和DB4 兩處拉延筋進行調整。針對DB3 影響因素，可以查看該因素對尺寸影響的離散圖。圖9 為影響因素與尺寸變化離散圖：橫坐標為拉延筋高度變化比例，比例為0 時筋高為0，拉延筋取消，比例為1 時筋高最大不變，縱坐標為制件該處的尺寸變化，設置變化量值在±1mm 以內。通過離散圖結果可以看出，隨著筋高變大，該處制件尺寸隨之變高，最大變化量可達到0.75mm。根據目前制件狀態，虛擬調試結果為降低DB3 處拉延筋高度可以降低超差處制件尺寸。現場調試可以根據虛擬調試結果，在保證實際制件起皺和走料狀態合理情況下對DB3 處拉延筋松筋處理，進行尺寸精度提升的調試優化。

圖9 影響因素與尺寸變化離散圖

現場調試出件驗證

根據虛擬調試計算的結果，現場進行調試方案的實施。對發罩內板靠近前側的兩處短筋進行降筋和放大走料圓角，在拉延不起皺和走料滿足條件下筋強度降到最低。實際現場制件拉延局部多走料12mm，全序出件后進行ATOS 掃描和三坐標檢測，結果如圖10、圖11 所示。

圖10 尺寸精度提升后ATOS 掃描結果

按照虛擬調試結果進行現場調試，實施尺寸精度提升方案，從實施后尺寸測量結果可以看出尺寸超差區域有明顯減小，超差部分量值減小0.6mm 左右。三坐標掃描制件合格率由89.8%提升到93.1%，尺寸測量結果與虛擬調試計算一致，尺寸精度提升方案實施有效。方案的實施大大降低了下一步進行模具整改的工作區域和量值，提升了整改效率，降低了成本。

結論

本文以某車型發罩內板為例，介紹了根據實際出件尺寸通過虛擬調試進行尺寸精度的提升。綜合過程可以得到以下結論：

⑴虛擬調試技術可以根據CAE 分析計算快速確認尺寸精度提升的關鍵影響因素及位置，避免了在實際生產中為解決局部問題而對整個生產因素的反復試錯。并且虛擬調試技術還可以為調試進行方向性指導和結果初步預判，明確了調試針對問題需要正向或逆向調整來達成尺寸的提升和優化。

⑵相比調試現場做各種試驗進行尺寸驗證，需要多次反復測量才能得到結果，虛擬調試技術能夠節省大量的時間周期，并且實施過程幾乎沒有造成生產現場的成本支出，僅在理論上進行CAE 分析即可得到結果。