文/羅宇·廣汽集團(tuán)乘用車有限公司制造部

一體式深拉延后地板CAE仿真分析及成形缺陷控制

文/羅宇·廣汽集團(tuán)乘用車有限公司制造部

CAE仿真分析技術(shù)在現(xiàn)代模具開發(fā)過程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)于模具設(shè)計(jì)和調(diào)試的指導(dǎo)意義也越來(lái)越重要。將一體式深拉延后地板作為范例，展示整個(gè)仿真分析過程和缺陷控制的方法，可為此類后地板成形工藝的制定及缺陷控制提供一定借鑒。

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，車型更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短，隨之而來(lái)的是模具設(shè)計(jì)和調(diào)試周期也需要相應(yīng)地縮短。在這種情況下，利用CAE成形模擬技術(shù)進(jìn)行沖壓工藝方案及成形性的分析與論證成為了最核心的技術(shù)。在汽車覆蓋件的沖壓領(lǐng)域中，后地板是車身外覆蓋件中的關(guān)鍵部件。由于本廠某車型底盤覆蓋件設(shè)計(jì)只分前地板和一體式后地板兩個(gè)零件，因此一體式后地板（圖1）為前凸后凹的設(shè)計(jì)，這種零件幾何尺寸大、形狀復(fù)雜，成形缺陷難以預(yù)測(cè)。

本文采用CAE技術(shù)就一體式后地板拉延成形過程進(jìn)行了仿真模擬并制定了相應(yīng)的成形工藝，針對(duì)比較常見的成形質(zhì)量缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，包括備胎倉(cāng)開裂問題、備胎倉(cāng)上部起皺問題、零件前部拉延開裂問題等，并針對(duì)這些問題采取工藝補(bǔ)充造型手段予以解決，為此類一體式后地板成形工藝的制定與缺陷控制提供一定的借鑒。

圖1 后地板零件示意圖

制作工藝補(bǔ)充面并根據(jù)軟件設(shè)定參數(shù)

⑴利用CAD軟件在數(shù)模的基礎(chǔ)上制作拉延工藝面，工藝人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面及分模線走向。設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)是零件的形狀和各部位拉延的難易程度。一個(gè)制件的工藝性、成形性及穩(wěn)定性的好壞，除產(chǎn)品設(shè)計(jì)因素外，很大程度取決于拉延工藝補(bǔ)充造型的設(shè)計(jì)，這將直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞、生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本以及材料的利用率。

⑵一體式后地板零件的第一次工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)，如圖2所示，將設(shè)計(jì)好的模面導(dǎo)入CAE分析軟件中進(jìn)行分析。初次工藝補(bǔ)充面的設(shè)計(jì)思路是盡量以吻合零件數(shù)模的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免后序的整形及二次拉延，根據(jù)零件成形時(shí)材料流動(dòng)的情況設(shè)計(jì)拉延筋的大小及位置。其次，進(jìn)行沖壓方向、壓邊力、板厚、材質(zhì)等參數(shù)的設(shè)置，所有設(shè)置完后開始進(jìn)行如圖3所示的分析。

圖2 設(shè)計(jì)好的工藝補(bǔ)充面及分模線走向

圖3 設(shè)置好上下模及相關(guān)參數(shù)

⑶根據(jù)分析結(jié)果，零件兩側(cè)臺(tái)階處有很嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象（圖4），為解決此問題需要調(diào)整成形工藝?？紤]到零件兩側(cè)的拉延成形量較大，拉延高度為120mm，R角較小只有25mm。因此，在零件兩側(cè)臺(tái)階處不進(jìn)行1次拉延成形，而是采用整形工藝，即把拉延深度降低，后序再進(jìn)行整形（圖5）。這樣既降低了拉延的高度，也使壓邊圈趨勢(shì)比較平緩，能夠改善零件兩側(cè)拉延開裂的現(xiàn)象，見圖6。

⑷按照此方案進(jìn)行數(shù)值分析，零件兩側(cè)開裂的現(xiàn)象成功消除，見圖7。

圖4 分析結(jié)果

圖5 曲面

圖6 過拉延工藝的拉延補(bǔ)充面

圖7 拉延分析結(jié)果

⑸檢查拉延過程中發(fā)現(xiàn)離閉合高度約30mm的位置零件兩側(cè)起皺嚴(yán)重，尤其是零件左側(cè)很難將起皺部位展開，見圖8，經(jīng)過分析決定通過修改工藝補(bǔ)充面改善起皺問題。

圖8 閉合高度前30mm狀態(tài)

圖9 修改后的工藝補(bǔ)充面

圖10 閉合高度前30mm狀態(tài)

⑹成形過程備胎倉(cāng)材料流入較大，導(dǎo)致備胎倉(cāng)周邊材料過剩堆積，但零件兩側(cè)外部形狀較少，尤其是零件左側(cè)，無(wú)法吸收堆積的材料。如果零件兩側(cè)采取拉延筋鎖死控制材料流入的辦法，備胎倉(cāng)成形時(shí)必然會(huì)開裂。為解決這個(gè)矛盾，在起皺嚴(yán)重的零件兩側(cè)材料流入側(cè)追加2個(gè)凸包（180mm×97mm×35mm），詳情見圖9，用以吸收成形時(shí)流入的材料，同時(shí)調(diào)整凸包外側(cè)的拉延筋改變?cè)搮^(qū)域的材料流入量，達(dá)到既解決零件該處起皺又有效控制備胎倉(cāng)開裂的目的。從調(diào)整工藝后分析結(jié)果看，零件還存在部分開裂（圖11），這些缺陷可以通過調(diào)整拉延筋消除，由此確定工藝補(bǔ)充面及分模線。

圖11 修改后的拉延分析結(jié)果

調(diào)整拉延筋解決零件表面缺陷

為實(shí)現(xiàn)拉延筋調(diào)整的便利性，在分析后地板成形性時(shí)采用虛擬筋進(jìn)行分析，可在CAE軟件上比較方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)整拉延筋的大小和類型，從而控制材料的流入量來(lái)消除零件的缺陷。

觀察成形分析后的零件狀態(tài)，備胎倉(cāng)處開裂較嚴(yán)重。針對(duì)此問題，調(diào)整后側(cè)和兩側(cè)偏后的拉延筋鎖緊力。此外，零件前側(cè)的拉延不夠充分（主應(yīng)變小于2％），對(duì)此需要增加前側(cè)的拉延筋鎖緊力。經(jīng)過多次調(diào)整后，兩側(cè)的零件參數(shù)由0.8mm調(diào)整至0.6～0.7mm，后側(cè)的參數(shù)由0.5mm調(diào)整至0.3～0.4mm，前側(cè)的參數(shù)由0.3mm調(diào)整到0.5mm。對(duì)以上拉延參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，備胎倉(cāng)處開裂和拉延不充分缺陷得到了改善。

整個(gè)分析過程中針對(duì)每個(gè)缺陷的對(duì)策調(diào)整不是都有效，因此共進(jìn)行了約10版成形分析，但此處因?yàn)槠逈]有將每1版的分析結(jié)果進(jìn)行說明。如最終的分析結(jié)果所見，并不能把所有的缺陷消除，需要模具制作完后依靠鉗工對(duì)零件成形缺陷進(jìn)行改善。CAE仿真分析可以從仿真過程和分析結(jié)果中清楚體現(xiàn)零件的成形缺陷，針對(duì)各種缺陷反復(fù)調(diào)整成形工藝，有效避免重大零件缺陷，并能有效指導(dǎo)模具的調(diào)試，縮短了整個(gè)模具的調(diào)試周期。

羅宇，新車型導(dǎo)入技術(shù)員，從事汽車外覆蓋件的工藝規(guī)劃、工裝模具導(dǎo)入等工作。

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