汽車D柱外板零件成形與工藝分析

韋 毅，李 彬，溫業(yè)壯，莫春珠

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

隨著人們對(duì)汽車外觀審美要求的不斷提高，汽車覆蓋件在空間曲面結(jié)構(gòu)、形狀變得越來越復(fù)雜，從而其的沖壓成形性越困難，以前由兩個(gè)甚至三個(gè)零件焊合而成的零件，如今已合成一個(gè)沖壓件，如此一來，沖壓成形性及材料利用率大幅度降低。本文結(jié)合公司某車型D柱產(chǎn)品開發(fā)過程的實(shí)際工作，闡述一體式D柱的CAE優(yōu)化、工藝分析，一體式D柱的成形困難位置的解決辦法。

1 零件信息及結(jié)構(gòu)分析

左右D柱外板是我公司承接的某車型汽車外板零件，為左右對(duì)稱件，是汽車生產(chǎn)中的關(guān)鍵零件，作為外觀件（外觀要求為C類），要求表面光滑，棱線過渡清晰，不允許孔變形、焊接飛濺、毛刺、鋒利的切邊、扭曲痕跡、油筆印、材料皺褶、生銹及明顯可見且有輕微手感的拉傷、劃傷、碰傷等質(zhì)量缺陷，外形尺寸為1 008 mm×335 mm×100 mm，材質(zhì)為BLD，料厚1.2 mm，如圖1所示，其特點(diǎn)是上半部分細(xì)長(zhǎng)，下半部分扁而寬，具體表現(xiàn)為：

（1）該零件為外表面件，從而表面缺陷均不能接受，因生產(chǎn)策略為手工生產(chǎn)，原則上優(yōu)先考慮全序工件的A面朝上，避免工件在傳輸中磕碰劃傷；

（2）多處工藝性差的位置，在SE階段多次提出，產(chǎn)品已作優(yōu)化，但工藝性仍然較差；

（3）位置：零件中間區(qū)域呈“凹”形，并且上下存在20 mm高差，材料流入過程起皺。

圖1 左D柱外板產(chǎn)品示意圖

2 工藝分析

首先，該零件形狀復(fù)雜的外觀件，必須用拉延工藝才能保證外露面品質(zhì)。其左右件對(duì)稱，零件邊緣不規(guī)則，一端寬度尺寸遠(yuǎn)大于另一端，若單件拉延在不增加落料工序的前提下，材料利用率勢(shì)必會(huì)很低（經(jīng)過分析僅為32%），所以，優(yōu)先考慮用左右合模進(jìn)行分析，A面向上，左右件將翻邊面擺平后進(jìn)行拼接，a、b位置的R角在拉延工序成形出來，后工序再將面整形到位。c位置通過控制進(jìn)料量及速度，消除起皺風(fēng)險(xiǎn)，如圖2.

圖2 左D柱外板成形風(fēng)險(xiǎn)位置

3 沖壓方向、拉延筋設(shè)置及工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)

為了工藝需要，往往要在制件形狀的基礎(chǔ)上，加上工藝補(bǔ)充而形成完整的工序件，從而才能實(shí)現(xiàn)滿意的成型效果，工藝補(bǔ)充的好壞，是零件設(shè)計(jì)水平的重要標(biāo)志，它關(guān)系到成型的成敗，質(zhì)量之好壞，而且還關(guān)系到模具的經(jīng)濟(jì)性。拉深過程可以采用一些控制材料塑性流動(dòng)的手段，讓其變形盡可能的均勻（如工藝補(bǔ)充，壓料面，拉延筋），制件的穩(wěn)定性能得到保證[1]。沖壓方向?yàn)锳面向上設(shè)計(jì)，綜合考慮“凹”形位置的兩側(cè)盡量等高，零件周全能盡可能滿足下一序正切條件，調(diào)整沖壓角度。零件起伏落差，高低起伏位置需平緩過渡，適當(dāng)設(shè)計(jì)反拉檻，積料包（水滴狀），Bar Radius及拔模角適當(dāng)做大。真正用于CAE分析的模型只需用拉延筋中心線表示的等效拉延筋[2]，采用等效拉延筋表示，一方面可以減小有限元分析時(shí)的單元數(shù)量，從而減小計(jì)算量；另一方面，拉深筋部分必然是嚴(yán)重的變形區(qū)，但它本身不是研究的重點(diǎn)[3]。為了在凹模與壓邊圈接觸時(shí)，分模線內(nèi)部能夠盡量多地儲(chǔ)料，保證在拉深過程中不出現(xiàn)破裂，壓料面適當(dāng)隨形做一定高度的起伏，既能降低兩肩的拉延高度，也能儲(chǔ)料，使左右件拉延高度均勻。通過CAE分析，評(píng)估成形極限，wrinkling及surface defect height，滑移線評(píng)估skip及接觸應(yīng)力，如圖 3、4、5.

（續(xù)下圖）

（接上圖）

圖3 D柱A utoform分析F LD圖及減薄率

圖4 D柱A utoform分析起皺評(píng)估w rin k ling及surface defectheight

（續(xù)下圖）

（接上圖）

圖5 D柱A utoform分析滑移線評(píng)估s k ip及接觸應(yīng)力

在確定拉延方向時(shí)，同時(shí)嘗試了反轉(zhuǎn)180°拉延進(jìn)行CAE分析，結(jié)果顯示，拉延進(jìn)料過程中圖示位置在到底前30 mm出現(xiàn)明顯褶皺，并且到底前3 m存在波浪不平。采用A面向上的沖壓方向，拉延進(jìn)料過程中在到底前20 mm同樣出現(xiàn)波浪不平，但非常輕微，到底前15 mm就已經(jīng)基本拽平，到底前3 mm未出現(xiàn)不平，該沖壓方向設(shè)置ok，如圖6.

圖6 D柱沖壓方向分析表面缺陷

4 工藝布置

（1）零件工序設(shè)計(jì)為拉延，切邊沖孔，整形分離，翻邊切邊，翻邊沖孔，沖孔側(cè)切邊，如圖7所示。

圖7 D柱工藝DL圖

OP10拉深：如圖8所示，使用方料拉延，左右件將翻邊面展平進(jìn)行搭接，搭接位置保證刃口強(qiáng)度，切邊線最小間距20mm.中間廢料區(qū)域設(shè)置刺破刃口，由于該件“凹”處側(cè)壁中間進(jìn)料困難，必須設(shè)置刺破補(bǔ)充材料流入量。壓料面隨形處理，有大部分區(qū)域拉延深度一致。

圖8 D柱拉延工藝補(bǔ)充面

（2）OP20切邊沖孔：本工序完成產(chǎn)品輪廓邊線的正修邊，左右件連接區(qū)域預(yù)分離內(nèi)容。

（3）OP30分離整形：沖壓方向反轉(zhuǎn)，先完成左右件局部未拉延到位部分，整形量5 mm，滑塊繼續(xù)下行，完成正修分離。

OP40下翻邊側(cè)切邊：如圖9所示，上一序帶廢料整形，本工序側(cè)切整形區(qū)域料邊線，并完成尾門搭接面翻邊，翻邊角度預(yù)留3°以上預(yù)回彈。

圖9 D柱整形&翻邊側(cè)切工藝

由于全序受模具數(shù)量限制，OP30&40合為一套模具。

（4）OP50側(cè)沖孔翻邊整形：因受零件底部沖孔角度影響，沖壓方向需再次反轉(zhuǎn)，零件上端三面交接區(qū)域整形，改區(qū)域翻邊分析過程在R處出現(xiàn)開裂，因此，整形時(shí)帶廢料整形，避免在R上撕裂，后續(xù)增加斜楔精修。

OP60沖孔側(cè)沖孔側(cè)修邊：如圖10，沖壓方向反轉(zhuǎn)，雖然零件上僅有7個(gè)孔（4組法向），但最小的夾角有14°，并受斜楔布置的限制，無法在同一沖壓方向兩需完成，所以O(shè)P60沖壓方向需反轉(zhuǎn)180°，完成剩余5個(gè)孔沖裁。

圖10 D柱側(cè)沖&側(cè)切工藝

5 零件效果

在首次全工序零件出樣后，對(duì)零件外觀進(jìn)行評(píng)估，前期模擬分析的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域都成形OK，外觀A面質(zhì)量出現(xiàn)輕微壓痕（因模具未細(xì)化推光），零件達(dá)到預(yù)期效果，如圖11.

圖11 D柱最終零件及局部細(xì)節(jié)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)汽車D柱外板零件的工藝性進(jìn)行了初步的分析和探討，雖然只是對(duì)一個(gè)具體零件的分析，但是對(duì)類似零件及其他零件的沖壓工藝分析都是具有借鑒作用的，希望在以后的實(shí)踐中，與各位同行互相學(xué)習(xí)，把汽車沖壓零件的工藝性的研究深入下去。