基于Au toForm的轎車車門玻璃導軌沖壓工藝分析

宋林森，段傳棟，杜紫微，張德華

（長春理工大學，長春 130022）

0 引言

轎車車門玻璃導軌屬于薄板沖壓件，是車窗升降系統的重要組成部分，用焊接或螺栓固定于車門上，與窗框共同組成玻璃導向與保護機構，對車門玻璃的平穩升降起到導向和限位重要作用[1]。但由于其形狀比較復雜，結構尺寸變化大，表面質量要求較高等原因，給實際加工帶來很多困難。

目前，隨著有限元和計算機技術的快速發展，尤其是AutoForm等沖壓模擬軟件的開發與應用，沖壓成形過程的計算機仿真技術已廣泛應用于大型汽車企業及其供應商的產品設計周期中，用以加速和改進產品設計，分析給定模具與工藝條件的板料沖壓變形過程，從而判斷模具和工藝方案的合理性[2,3]。由于每一次的仿真分析相當于一次試模過程，因此成熟的仿真技術不僅可以減少試模次數， 還可以在一定條件下使模具和工藝設計一次合格，避免修模，從而大大縮短新產品的開發周期，降低開發成本，提高產品的質量和市場競爭力[4]。

1 制件型面的特點分析

車門導軌的三維CAD模型圖如圖1所示。

從圖中可能看出，制件具有以下三個特點：

1）整體型面具有一定的弧度，長度約有330mm左右，而截面最窄處只有13.6mm；

圖1 車門玻璃導軌CAD圖

2）截面為“U”型槽，兩側設計為折彎結構，目的是卡住玻璃導槽，防止其脫落[1]；

3）制件兩側各有一條向內凹的筋，用以提高制件的強度，防止由于導軌強度不足引起變形，從而導致車門玻璃脫落[1]。

因此轎車車門玻璃導軌的沖壓難度主要體現在以下三個方面：

1）由于制件截面太窄，使得凸模的強度差；

2）由于制件整體型面是一個弧形，并且截面的寬度為13.6mm，所以凸模強度較差；

3）由于制件結構存在內凹筋，沖壓過程中會使制件包裹在凸模上，因此向下退料會被內凹筋卡住，如果抽料會被制件凸起擋住，因此不能直接采用斜楔的方式進行沖壓。

2 工藝方案確定與沖壓工藝分析

2.1 沖壓工藝方案

根據使用條件，制件的型面的輪廓度要求比較高，壓彎的回彈角度控在±0.5°的范圍內，底平面的平面度要求是±0.5，同時制件的表面要求無起皺和拉裂等缺陷，不能看到壓痕。經過分析，對制件成型工藝采取工藝方案如下：

1）OP10成形。由于制件兩側凹筋高度僅為1mm，為保證兩側凹筋的穩定成形，方案中首先將兩側凹筋壓出，同時將中間一側向上凸起的圓弧一起壓出。這樣就可保證在后續OP30中圓弧壓平時兩側邊能自然翻起；

2）OP20修邊沖孔。通過試驗試出修邊線，同時在長方形孔和長圓形孔內分別沖直徑為5mm的工藝孔，用作后序的定位孔；

3）OP30 壓平。將中間的圓弧壓平，兩側邊自然翻起；

4）OP40 整形。由于上序兩側邊翻起沒有到位，因此重新整形，保證所有的形狀到位；

5）OP50沖孔。用外形定位，將方孔和長圓孔沖到位。

工序DL圖如圖2所示。

圖2 工序DL圖

2.2 沖壓工藝分析

AutoForm 軟件是由 AutoForm 工程股份有限公司專門針對汽車工業和金屬成形工業中的板料成形而開發的，用于優化工藝方案和進行復雜型面的模具設計[5]。本文針對轎車車門玻璃導軌結構特點，采用AutoForm軟件對轎車車門玻璃導軌的沖壓工藝分析。

根據產品要求、沖壓理論和生產經驗，分析參數設置為：材料：H220YD+Z50/50，厚度：1.0mm，坯料尺寸為340mm×65mm；成形類型：沖壓成形，成形力250t，摩擦因數f設置為0.15。如圖3所示為分析結果的成形極限圖( FLD)。FLD 可以綜合反映板料在復雜應力狀態下產生的塑性失穩斷裂破壞情況，根據仿真結果顯示的FLD圖，可以迅速找出破壞的區域，采取相應措施改變局部受力狀態，提高成形性能[6]。

圖3 成型極限圖

從圖3可以看出絕大部分的點都集中在曲線的下方，說明了制件整體在沖壓過程中處于安全變形區，沒有破裂發生。而少量點位于曲線上方說明模具某處存在破裂可能，分析后確定為凸緣凸角處，原因是圓角半徑不合理導致應變較大。通過修改模具結構，此問題得到解決。

圖4、圖5是板料薄厚變化顯示云圖和板料變薄率顯示云圖。從圖中可以看出，制件表面的大部分地方分布很均勻，只是在局部的地方料厚和減薄率不均勻，最薄處為0.912 mm，屬合理范圍。由此可以說明制件工藝方案可行，在此條件下可以進行模具設計和模具制造。

圖4 板料薄厚變化顯示云圖

圖5 板料變薄率顯示變化云圖

3 模具結構設計

根據沖壓工藝仿真分析結果，，利用CATIA軟件完成了模具的三維設計，模具結構如圖6所示。考慮到模具的總體尺寸，在保證了模具的使用性能前提下，為節約材料，降低成本，模具結構設計中采用了鋼板模具結構，即上下底板采用45號鋼，凸凹模采用耐摩性、強度、韌性都較好的Cr12M o V。由于機床的氣墊的動力受外界影響很大，為了保證整形模的穩定性，設計中頂出器采用了壓力非常穩定的氮氣彈簧，采用托桿作為頂出器的動力。該模具生產得到的產品樣件如圖7所示。經檢測，該樣件與模擬結果比較吻合度達到94%。

圖6 模具結構圖

圖7 產品樣件圖

4 結論

1）詳細分析轎車車門玻璃導軌的結構特點和性能要求，制定了成型工藝方案，利用Au to fo rm軟件對制件的成型質量進行了仿真分析，為制件沖壓工藝方案設計的可行性與合理性提供了理論依據；

2）利用CATIA軟件完成了模具結構設計，進行了樣件生產。檢測結果表明：實際生產情況與模擬結果與吻合得很好。說明使用Auto form軟件對制件沖壓參數和制件的質量進行分析可為模具設計、制造提供可靠的數據和判斷依據，可有效的指導模具調試，減少實際試模次數，對于縮短制模周期，提高沖壓件成形質量具有重要的意義。

[1] 陳泉,鄭華春,張建森.汽車玻璃導軌結構對車窗升降的影響分析[J].上海:汽車與配件2001.10:36-37.

[2] 夏巨諶.中國模具設計大典 [M].南昌:江西科學技術出版社,2003.

[3] 陳文亮.板料成形CAE分析教程 [M].北京:機械工業出版社,2005.

[4] 林忠欽.車身覆蓋件沖壓成形仿真[M].北京:機械工業出版社,2005.

[5] 趙迎祥,李飛舟.基于Autoform 的轎車引擎蓋板沖壓成形仿真的研究[J].沈陽:機械設計與制造2010.11:94-95.

[6] 張永波,王秀鳳,王積元.板料成形CAE設計及應用:基于AUTOFORM[M].北京:航空航天大學出版社,2010.