基于AutoForm的后地板上橫梁連接板工藝優化設計

賈庚鳳

（東風柳州汽車有限有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

零件沖壓工藝的制定應以消除和防止沖壓缺陷的產生為目標，同時應考慮工裝制造能力、生產水平、工裝制造周期、投資成本及沖壓生產的場地條件和生產設備等[1]。本文以某車型后地板上橫梁連接板工藝設計為例，介紹零件的整個工藝優化設計過程，以選擇性價比高的制造工藝，可作為類似零件的工藝設計和模具設計的參考。

1 產品結構分析

制定沖壓工藝，首先考慮的是產品的生產方式，根據生產方式制定產品沖壓工藝，即是在手動生產線上還是在自動化生產線上生產。本文介紹的后地板上橫梁左/右連接板是在手動化生產線上生產，人工送料和取料，生產效率為2~3沖次/min。

產品結構分析：后地板上橫梁左/右連接板，連接后地板總成和側圍總成，結構外形呈“L”形，對連接強度有要求，該零件材質為B280VK，料厚為2.0 mm；批量生產；面和孔的功能要求如圖1，精度要求見表1。

圖1 面和孔的功能

表1 精度要求表

2 工藝方案分析

2.1 拉延成形方案

拉延成形方案1：結合零件的整體結構和成形性，設計為單件拉延成形，沖壓方向設定如圖2（a），旋轉中心點：（X：2 610 mm，Y：-450 mm，Z：300 mm)，旋轉方向：（X：-28°，Y：0°，Z：90°），如圖 2（b）所示，拉延成形過程起皺，拉延到底材料無法展開，產生疊料，該成形方案不可行。

圖2 單件拉延模擬結果

方案2：旋轉中心點不變，將調整沖壓方向至（X：-35°，Y：0°，Z：90°），并在拉延模上模增加壓料板，如圖 3（a）所示，成形分析結果如圖 3（b）所示，從圖中可以看出，通過增加上模壓料板，正面的起皺得到解決，但是零件兩個側壁及端頭的起皺沒有得到解決。

圖3 增加壓料板模擬結果

方案3：在方案2的基礎上，將端頭改為開口拉延，分析結果如圖4所示，端頭起皺消除，但拉延到底開裂，且開裂位置延伸至產品線以內，如圖4（b）；零件兩個側壁起皺疊料沒有得到改善，如圖4（a）。

圖4 開口拉延模擬結果

方案4：在方案2的基礎上，調整沖壓方向至（X：-15°，Y：0°，Z：90°），將左側端頭改為半開口拉延，分析結果顯示，只有一側拉延過程起皺，另一側起皺得到解決，如圖5（a）所示。其中一處圓角有開裂風險，可通過拉延放大圓角，后工序整形到位解決此處開裂風險。

圖5 半開口拉延模擬結果

方案 5：將沖壓方向調整至（X：165°，Y：0°，Z：-90°），即沖壓方向與方案4相反，如圖6所示。拉延成形過程側壁起皺，拉延到底局部開裂，且開裂位置延伸至產品線以內，如圖7所示。

圖6 反向拉延沖壓方向

圖7 反向拉延模擬結果

綜合分析以上5個拉延方案，方案4為成形效果最好的一個方案，由于零件結構限制，無法設計雙件合并拉延工藝，材料利用率為58.3%，一共為5工序，左右件共需開10套模具。

2.2 落料成形工藝

落料成形方案1：左、右件除孔的數量不同之外，其余部分完全對稱，考慮到模具成本和生產成本，優先考慮左右件合并生產的方案；沖壓方向設定如圖8所示，旋轉中心點：（X：2 610 mm，Y：-450 mm，Z：300 mm），旋轉方向：（X：-180°，Y：0°，Z：-90°），即中間部分與沖壓方向垂直。成形過程如下：由于零件高低差較大，上模觸料順序不同，兩端頭最先觸料，導致料片向中間鼓起，如圖9所示，不利于后續成形，成形到底后，零件多處開裂，如圖10所示，該方案不可行。

圖8 落料成形沖壓方向

圖9 成形過程料片鼓起

圖10 落料成形模擬結果

落料成形方案2：在方案1的基礎上，將沖壓方向調整至：（X：165°，Y：0°，Z：-90°），如圖 11 所示。調整沖壓方向后零件高低差較小，成形時上模鑲塊同時觸料，并在左右件合并部位上模增加壓料板壓料，如圖12所示，防止成形過程中間翹起，影響后續成形。成形過程如圖12所示，側壁僅有輕微起皺，成形到底前3 mm，起皺基本消失。成形到底如圖13所示，零件邊界變化急劇（即處邊界內凹處）成形到底開裂比較嚴重，該方案不可行。

圖11 調整后的沖壓方向

圖12 中間增加壓料板

圖13 增加壓料板模擬結果

對開裂部位附近進行網格分析，零件表面上網格圓畸變后的形狀如圖14所示，網格圓原始直徑d0=5 mm，畸變后網格圓長軸d1，網格圓短軸d2。

（續下圖）

（接上圖）

圖14 網格圓畸變圖

根據測量結果，按公式（1）、（2）計算零件的表面應變，從網格圓（非開裂區域）的變形方向和計算結果（僅隨機計算一組數據）可以看出，缺口處板料屬于拉-壓變形（即 e1＞ 0，e2≤ 0或 ε1＞ 0，ε2≤ 0）。

落料成形方案3：根據成形極限圖（FLD）測定指南，在方案2的基礎上，采用不同寬度的式樣來測定拉-壓變形區[2]，因此將缺口處法蘭面的邊界加寬如圖15中雙點劃線所示，重新進行CAE成形分析，分析結果如圖16所示，缺口處成形開裂得到解決。

圖15 落料線加寬

圖16 落料線加寬后模擬分析結果

綜合分析以上3個落料成形方案，方案3為側壁有輕微起皺，不開裂，為效果最好的一個方案；采用成形時左右件合并，后工序分離工藝，材料利用率為64.8%；一共為7工序，7套模具。

綜上，綜合考慮零件的材料成本、模具成本和生產成本，該零件采用落料成形工藝，產品最終工藝方案確定如圖17所示。

（續下圖）

（接上圖）

圖17 最終工藝方案

3 結束語

該模具已經進行8萬多件批量沖制零件，除需正常維護和小量的修理，模具工作狀況良好，零件質量穩定，滿足正常的生產要求。