應用有限元分析軟件解決行李廂蓋翻邊起皺問題

文/吳陽·北京車和家信息技術有限公司

行李廂蓋外板是汽車外覆蓋件中工藝設計難度較大的零件之一，其形狀變化急劇，成形困難，滑移及沖擊線問題難以解決，同時為了安裝牌照照明燈、后視攝像且符合相關法規的造型要求，產品工藝性更改受限，外覆蓋件的質量要求都極高，直接影響客戶對整車的品質認可度。如何兼顧質量、功能、成本是各主機廠沖壓工藝需要解決的難題，沖壓CAE分析軟件的使用有效地提高了工藝設計的成功率，大大降低了工藝方案的試驗成本，在后期調試中占有越來越重要的地位，本文所述行李廂蓋外板的工藝分析過程就是一個比較有代表性的案例。

產品信息及難點描述

產品信息：行李廂蓋外板上段，材料為DC03、料厚為0.65mm。

問題描述：行李廂蓋外板產品分為上下兩部分，外板上段與尾燈安裝板搭接處為整體翻邊式如圖1所示，翻邊剖面圖如圖2所示。

由于工序數限制，除去拉延及修邊工序，此翻邊必須在兩序以內完成成形，由于造型原因，此翻邊棱線內彎弧度較大，屬于典型的多料翻邊。如果采用直接自由翻邊到底的工藝方案，多料現象會很嚴重，通過AutoForm軟件模擬過程如圖3所示，4張圖分別展示了到底前40mm、25mm、15mm、5mm的模擬狀態，模擬驗證后發現翻邊過程中起皺現象十分嚴重，并且褶皺已延伸到棱線上，已經影響到產品與尾燈的搭接棱線R角，這是不能接受的，現場會導致R角硬化，最終導致棱線R角質量不良，與尾燈搭接視覺效果不佳，因此證明自由翻邊工藝方案失敗。

圖1 產品圖

圖2 secA-A

圖3 自由翻邊工藝方案

解決過程

通過與產品設計溝通產品更改方向，受造型及焊接空間限制，此翻邊整體長度不能減短，且為涂裝工藝考慮，只能增加一定形狀的工藝豁口如圖4所示，能一定程度緩解多料趨勢，同時出于保證翻邊強度的原因，翻邊上加強筋結構不宜取消，只能從優化沖壓工藝方案上予以解決。

圖4 豁口形式

多料翻邊且翻邊長度過長，想控制起皺，只能采用夾料翻邊工藝方案，初步嘗試前序一次夾料翻邊到底，后序側整形控制回彈。從AutoForm模擬結果（圖5）上來看，由于翻邊有二層臺階，整體翻邊鑲塊R角無法同時接觸棱線凸模R角，產品兩側的R角受到多料擠壓(圖內紅圈所示），造成R角變形，類似R角不順問題在現場為常發問題，不能滿足外表面沖壓件的外觀要求，所以此方案也不能滿足要求，只能繼續尋找更好的解決辦法。

為保證整體R角質量，必須保證整形鑲塊R角與凸模根部先接觸。基于此，只能嘗試將工藝方案更改為一次翻邊至產品二層臺階處，保證產品棱線R角質量，后序繼續翻邊到位。為保證模具結構簡單，自由翻邊為首選方案，軟件模擬結果如圖6所示，可以看到翻邊R角，因為同時成形并不存在質量問題，但下部翻邊紅圈內褶皺依然明顯，這在實際生產中，難以在后序整平，會留下痕跡，不能滿足焊接質量要求，所以得出自由整形方案不成立。

通過上述嘗試論證，認定前序翻邊只能采用夾料翻邊，為保證產品棱線R角質量，一次壓料翻邊至產品二層臺階處，后序自由整形至產品本體，由于增加了夾料裝置，在零件生產過程中，下部活動凸模回位會造成工序件變形，所以下部托料器支撐氮氣缸需采用延時氮氣缸，保證時間差，但無論從現場維護壓力還是模具制造成本考慮，延時氮氣缸都不是最佳選項，于是決定嘗試更改工藝，以達成不用增加延時氮氣缸節省成本的目的。通過反復調整工作行程及下側脫料塊面積大小，使料片在翻邊前期能保證夾料壓力，待R角成形后料片脫出夾料區，這樣既可以保證產品圓角質量、控制翻邊起皺，同時產品退料時不必使用延時氮氣缸，結構達到所有工藝方案中最簡化的。

圖5 夾料翻邊工藝方案

圖6 自由翻邊工藝方案

圖7 前序成形過程圖

圖8 后序成形過程圖

按此工藝思路在軟件中對翻邊兩工序模擬結果如圖7、圖8所示，通過評估，無論從褶皺還是棱線R角質量，都可以接受且做到模具結構優化至最簡單，至此，通過幾輪模擬找到了此問題的最優工藝設計方案。

結束語

本文描述了如何利用AutoForm軟件模擬，逐步找到優化行李廂蓋外板翻邊起皺的工藝方案，展示了有限元軟件給沖壓件工藝排布帶來的便利，也給類似問題的解決提供了參考思路。