某車型一模四件工藝設計及成形分析

李 燕，崔禮春，王三星

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601）

隨著全球宏觀經濟增速放緩，全球不同行業都受到一定程度的影響，汽車行業也不例外[1]。對內來說汽車行業競爭也越來越激烈，在當前的經濟環境下，降低消費門檻，順應貧富兩極消費人群的生存性和炫耀性消費，才能在市場中站穩腳步[2]。模具是車的靈魂，模具開發費用在整車開發費用中占相當大比例，如何降低模具開發費用給很多工藝設計人員帶來了難題；鋼材的成本也至關重要，如何提高材料利用率是所有車企面臨的問題；由于操作員工的短缺導致生產效率的提高成為很多外協廠關注的問題。本文通過結合這三個方面的顧慮，設計了一模四件的工藝，并對此件拉延充分性進行了CAE分析，此左右件三維數模圖如圖1所示。

圖1 左右件三維數模

1 工藝設計

工藝設計主要對產品件進行初步的工序排布和結構布局，核算坯料尺寸、材料利用率、模具尺寸和機床噸位，并體現在工藝規劃書中。

1.1 沖壓方向

工藝設計的第一步就是要確定沖壓方向，拉延模沖壓方向的確定尤為重要，因為其關系到拉延模面的補充、坯料尺寸的大小以及零件的面品質量。由于此件兩端深度不一致，拉延方向的選擇需要根據合模的情況決定。

1.2 工序排布

該零件的造型經過分析可以采用一模四件進行拉延，既能提高材料利用率還能提高生產效率。該零件的工序排布內容為：OP10拉延-OP20修邊/沖孔-OP30整形/修邊/沖孔-OP40整形/修邊/分切，如圖2、3、4、5所示。為保證坯料充分成形，提高零件整體剛性強度及面品質量，以產品邊緣直接向外延伸設計工藝補充面，使產品本身直接拉深成形。為了有效控制板料成形進料速度，在走料不充分的四個角部及上下部設置周圈拉延筋。零件成形質量好壞更多的是對成形過程中料流狀態的控制。重要的面除保證無開裂起皺等常見缺陷外，應在拉深時盡量使其充分拉深，增加其剛性，以免修邊后應力釋放產生回彈造成產品精度下降[3]。

圖2 OP10拉延工藝圖

圖3 OP20修沖工藝圖

圖4 OP30修沖整工藝圖

圖5 OP40修整及分切工藝圖

1.3 坯料尺寸

在零件的長度和寬度方向上分別選取線長最長的截面，如圖6所示，測量A、B、C值，并按照如下公式計算坯料的長度和寬度：

圖6 坯料計算圖

L（W）=A+B+C+E+D+20 其中 E=5mm～7mm，D=20mm～30mm。

測量零件的長、寬、高尺寸后預估坯料尺寸，長度222mm，寬度202mm，高度98mm。

坯料長度L=2×零件長度+2×零件高度+分切距離+工藝補充長度=2×222+2×98+40+60=740（mm），坯料寬度W=2×零件寬度+2×零件高度+工藝補充長度=2×202+2×98+100=700（mm）。最終得到車門內板坯料尺寸為740mm×700mm。

單件坯料質量=坯料長×坯料寬×坯料厚×密度/出件數量=740×700×1.5×7.85/4/1000000=1.52（kg）；零件質量為：0.74kg，材料利用率為零件質量/單件坯料質量：0.74/1.52=48.7%。單拉材料利用率為31.4%，一模四件提高了材料利用率。

1.4 模具尺寸

根據坯料尺寸和各工序內容計算各工序模具尺寸，計算方法可參考表1。

2 工藝審查

對此零件三維數模的沖壓工藝性進行分析，對其成形性、生產性、經濟性、品質及模具的結構強度進行分析確認，并針對發現的問題提交《工程變更申請單》（ECR）給產品設計人員。

3 CAE模擬分析

在拉延模面設計完成后需進行CAE的模擬分析，通過分析結果判斷零件的成形性及模面設計的合理性。將用UG6.0建立的幾何模型以IGS的格式導出，然后將其導入到Autoform軟件中生成凸模、凹模和壓邊圈工具體。壓邊力由經驗公式F=LK計算，式中L為凸模輪廓線長度，K為系數，為經驗值，取K=200kN，經計算得到壓邊力大小為1216kN。將2.3中計算的坯料尺寸作為初始坯料尺寸，設置材質為DC03，料厚 1.5mm。

表1 模具尺寸計算

圖7 CAE分析結果

拉延件CAE分析結果如圖7所示，從分析結果來看成形狀態良好，產品無明顯開裂趨勢。起皺位置可以在調試過程中通過調整拉延筋及提升模具光潔度加以改善。

4 結論

通過前期合理的工藝規劃、充分的工藝審查、反復的模擬分析與模面優化能夠實現一模四件，節約模具成本、提高材料利用率、提高生產效率，通過CAE分析可以預測成形缺陷，降低調試難度，保證產品質量，在實際調試過程中，各工序品質良好，沖壓件精度檢測達標，滿足整車匹配要求，目前該零件已進入批量生產階段。