汽車行李箱外板上段回彈補償方案研究

丁順風， 張勝利， 劉慶， 李喜東

（一汽模具（天津）有限公司， 天津 301509）

0 引 言

汽車行李箱外板在外覆蓋件中屬于成形難度較大的零件，李凱等[1]介紹了行李箱外板的特點和分類以及沖壓成形過程中的滑移線、表面暗坑、回彈等常見問題。行李箱外板上段特點[2]為幾乎所有面均為A面（外觀面），這對型面的曲率連續性提出了較高要求。行李箱外板與下段焊接方式為激光焊接，這對翻邊面的垂直性提出了較高的一致性要求。

沖壓件的回彈一直是困擾行業的難點，為控制回彈量需要從沖壓工藝方案分析，優化各工序成形、減少成形工序、采用夾料翻邊等方法降低回彈量[3-5]，但是回彈是材料固有的特性，在回彈量降低后仍無法滿足公差時，需要通過回彈補償的方法滿足尺寸要求。

針對行李箱外板上段特點及回彈控制難點，介紹了其控制回彈的工藝方案以及參數化對A面進行快速有效的補償，保證A面的曲率連續性要求，將最終的尺寸回彈量控制在公差范圍。

1 零件特點及沖壓工藝方案

1.1 零件特點

以某車型行李箱外板上段為例，如圖1所示。從零件外形看，其后風擋側有明顯弧形，在翻邊時存在缺料翻邊特性，這對回彈影響較大。同時后風擋側有局部的內飾面，其余均為A面，在回彈補償時要著重控制A面的回彈量以及補償后的A面連續性。從零件A-A截面看，燈口側翻邊面長度較長，為27 mm，且同時存在多料翻邊和缺料翻邊，對回彈造成了不確定性的影響。零件成形到底落差較大，有114 mm；為了成形充分，拉深深度設為160 mm。

圖1 零件外形及其局部特征

零件材料為st06，料厚為0.7 mm，材料力學性能主要參數：屈服強度為163 MPa，抗拉強度為294.5 MPa，硬化指數n值為0.225，各向異性r值為2.150，硬化曲線采用Ludwik模型，屈服面采用Hill模型。

1.2 沖壓工藝方案

沖壓工藝方案如圖2所示，為了降低制造成本，由原5道工序縮減為4道工序。其中OP10為拉深工序，壓料面采用了單曲面形式，傾斜角度為3°，拉深深度為160 mm，減薄率達到6.6%，主應變達到4.1%，保證了成形的充分性。

圖2 沖壓工藝方案

為了縮減工序，將大部分廢料在OP20工序去除，通過更改拉深局部造型來滿足正修邊角度，使后風擋側及與側圍搭接的局部均可采用正修邊，燈口側由于零件造型采用側修邊。為方便廢料滑出，正側修邊均使用廢料刀，保留的局部廢料既滿足了OP20的符型定位作用，又可在OP30作為邊界定位使用。

OP30將剩余廢料去除，燈口側采用側翻邊形式，且使用夾料翻邊，如圖3所示。由于零件燈口側翻邊長度有27 mm，且此處為多料翻邊，在無夾料翻邊時翻邊面起皺，而采用夾料翻邊后可避免起皺。

圖3 OP30夾料側翻邊的沖壓工藝方案

OP40正翻邊后風擋側及與側圍搭接的部分，如圖4所示，并將OP30側翻邊未到位的零件局部再側整形到位。由于后風擋側為內凹且有明顯弧形，雖然翻邊長度短，但是對回彈影響較大，也采用了夾料翻邊的形式，夾料范圍為整個正翻邊區域（見圖4（a）線段處）。

圖4 OP40夾料翻邊范圍

2 精算回彈并確定回彈補償方案

在計算回彈時需要排除各種影響因素，如各工序間的符型量、壓料對零件是否產生塑性應變、定位是否穩定等?，F采用AutoForm有限元分析軟件進行精算，主要參數設置如表1所示。

表1 AutoForm精算設置主要參數

為確保回彈分析的準確性，需避免后工序壓料板對板料產生塑性應變，即在選擇工具體時取消小圓角?，F以Unwanted Deformation（不期望的塑性變形）為驗證參數，計算結果為無塑性變形。各工序間的壓料狀態如圖5所示，在OP20閉合時僅廢料區域局部有塑性變形，對整體回彈結果無影響。OP30、OP40閉合時沒有塑性應變的產生，因此整體的回彈精算結果真實可信。

圖5 各工序壓料閉合狀態的Unwanted Deformation結果

行李箱外板上段最終的檢具檢測狀態為整車車身方向，零件RPS點位置如圖6所示，其中B1為主定位孔，C1為長圓孔副定位孔。尺寸要求為A1、A2、A3點在支撐狀態下全貼合，其他支撐點最大允許間隙為0.2 mm。

圖6 零件RPS點位置

各工序自由回彈量如圖7所示，一般翻邊會對回彈有較大的影響，但是OP20～OP40自由回彈較為接近，由此可確定工藝方案中OP30和OP40采用夾料翻邊對回彈控制起到了關鍵作用。

圖7 各工序自由回彈

一般回彈補償需要以支撐回彈（或夾持回彈）作為補償依據，該零件RPS點較多，對回彈補償有一定的好處，但是如果全用這些支撐點，會對零件真實回彈狀態造成影響，因此需要確定最小夾持方案作為補償依據。在確定最小夾持方案過程中，需要減少RPS點，用于判定零件的真實回彈狀態，同時為便于回彈補償，不能將RPS點減少過多。

如果選用全部RPS點作為支撐點，則零件中間回彈較大，且A1、A2兩個RPS點不對稱，因此不能作為回彈補償依據。取消D2點后，雖然零件中間部分回彈量減小0.5 mm，但是后風擋側的回彈量增大，由原來的-0.3 mm增大到-1.0 mm，且大部分區域向下回彈，對回彈補償造成困難，因此也不能將其作為回彈補償依據。取消E3、E4兩個RPS點，回彈量較為均勻，但是經過一輪的回彈補償，A3處的回彈量為0.25 mm，不滿足零位貼合的要求，因此也不能作為補償的依據。取消D2、D3兩個RPS點后，中間回彈降低至1.0 mm左右，E3、E4處回彈量為0.7 mm左右，這也是零件的真實回彈狀態，即E3、E4兩處向下回彈量大，若選用其作為支撐點，則會將中間部分向上頂起，這也是A3點不貼合的原因，因此選擇取消D2、D3兩個RPS點的支撐回彈作為回彈補償依據，經計算，取消這兩點后其余RPS點全貼合，最小夾持方案的確定過程如圖8所示。

圖8 選用不同RPS點作為支撐回彈的結果

由于外板件的成形工序較多，拉深、翻邊、側翻邊均對回彈有影響，制定的回彈補償方案將全序支撐回彈作為補償依據，對全工序進行回彈補償，如圖9所示，全工序補償比例均為1∶1。

圖9 回彈補償方案

3 回彈補償及驗證

行李箱外板上段絕大部分為外露面，且為A級型面，回彈補償后A面的質量需保證，不能對原零件的曲率造成較大的影響，因此如何對A面進行補償成為關鍵。采用AutoForm-PD軟件對A面進行參數化補償，為后期零件更改提供了便利。補償過程：首先利用AutoForm對A面進行補償，A面光順參數Smoothing系數為0.52；然后將補償矢量導出為txt文件，經過檢查，補償矢量點有127 313個，如圖10所示；最后用矢量補償命令（Vector Filed Compensation）進行補償，補償方法為Balance Law，Accuracy設置為1.0。由于零件為對稱件，將零件的一半作為補償型面，然后再進行鏡像處理。補償前后的零件A面質量對比如圖11、圖12所示，補償前后的A面曲率變化不大，且保證了曲率凸凹性、高亮斑馬線等參數的連續性。補償前后的的斷面伸長變化量在0.2 mm左右，滿足要求，如圖13所示。

圖10 補償矢量點云

圖11 補償前A面質量

圖12 補償后A面質量

圖13 補償前與補償后的斷面線對比

補償后的全工序再導入AutoForm進行計算，最終的支撐回彈結果如圖14所示，回彈量均在±0.3 mm，達到了尺寸要求。

圖14 最終補償后的支撐回彈量

4 結束語

通過分析行李箱外板上段的零件特點，制定了OP30和OP40均采用夾料翻邊的工藝方案，控制了翻邊缺陷和回彈量。精算全工序的回彈并確定了取消D2、D3兩個RPS點的回彈最小支撐方案，并作為回彈補償依據。借助AutoForm-PD軟件實現了參數化的A面補償，并得到與原零件曲率一致的高質量A面。將補償后的工具體再次導入AutoForm進行計算，最終得到了±0.3 mm的回彈結果，達到了尺寸質量要求。