大落差高強地板縱梁起皺問題解決方案

劉維同，李 偉

（浙江吉利新能源商用車集團有限公司，浙江杭州 310022）

1 引言

隨著國家對汽車安全要求的不斷升級，輕卡車型的安全要求也在不斷提高，在輕卡駕駛室中，對安全起重要作用的零件的屈服強度不斷提高。其中，駕駛室地板縱梁材料由普通冷軋板提升到了高強度鋼板。本文以我公司某款輕卡車型地板縱梁（材質(zhì)：B340/590DP，t=2.0）為例，通過制件設(shè)計和工藝設(shè)計優(yōu)化的方式，結(jié)合Autoform分析，在制件設(shè)計階段將起皺問題解決。

2 駕駛室地板縱梁介紹

輕卡駕駛室的地板縱梁是與地板搭接的零件，其對駕駛室起到支撐、翻轉(zhuǎn)的作用，對整個駕駛室的剛性和抗扭轉(zhuǎn)起到?jīng)Q定性作用，駕駛室縱梁的強度、剛性，則顯得尤為重要。

輕卡的發(fā)動機是放置在駕駛室的地板下部的，導(dǎo)致駕駛室的地板高差變化大，而駕駛室的縱梁在Z向的落差、變化也非常大。我公司此款輕卡車型的地板縱梁高度差達到277.5mm，如圖1所示。

圖1 地板縱梁制件圖

3 地板縱梁主要起皺點及其分析

如圖2所示，地板縱梁的主要起皺部位在制件形狀落差的底部，雖制件已在此處加筋，但其吸皺效果不明顯，在拉伸到底前10mm，已形成疊料，為不可接受缺陷。

圖2 地板縱梁起皺示意圖

通過Autoform對其成形過程進行分析，發(fā)現(xiàn)從上模與壓邊圈閉合開始到上部形狀成形到位，如圖3所示，各階段成形材料流向示意，起皺部位上部的斜面材料一致在向起皺部位流動，大量的材料流動到底部后積聚，最終形成了制件的疊料、起皺。

圖3 各階段成形材料流向示意

經(jīng)以上分析可確定，有效控制斜面材料向底部的流動，并對無法避免的積聚的材料利用造型吸取，從而達到消除疊料、起皺的目的。利用造型吸皺需要制件進行優(yōu)化，控制斜面的材料流動主要通過工藝手段達到。以下重點對制件的優(yōu)化和工藝的優(yōu)化進行說明。

4 制件優(yōu)化

結(jié)合Autoform分析結(jié)果，對起皺部位的吸皺做了4版方案的優(yōu)化，如圖4、圖5、圖6、圖7所示。圖4所示為初始狀態(tài)，其吸皺筋沿縱梁型面均勻增加，其吸皺效果差，疊料明顯。圖5所示為吸皺部位更改為中部高，兩端吸皺筋較低平，并加突起筋的樣式，此造型較初始狀態(tài)（見圖4）吸皺效果有改善，但在突起筋和造型尾部部位仍存在起皺聚料、面不平的問題，需繼續(xù)優(yōu)化。

圖4 制件初始設(shè)計

圖5 制件優(yōu)化設(shè)計Ⅰ

圖6所示方案較圖5所示方案對突起筋和造型尾部部位進行優(yōu)化，突起筋部位進行過渡圓順處理，造型尾部抬高，分析后，造型尾部問題解決，突起筋部位仍存在積料問題。圖7所示方案是針對此問題進一步優(yōu)化了突起筋造型，使突起筋高度降低，過渡更加圓順。同時，整體吸皺筋的造型向上延伸以進一步減少材料向下流動的量，此造型使起皺問題解決。

圖6 制件優(yōu)化設(shè)計Ⅱ

圖7 制件最終設(shè)計

5 工藝優(yōu)化

5.1 沖壓方向優(yōu)化

地板縱梁的沖壓方向選擇，嘗試了與圖8上的Z向0°、7°、10°、15°等4個方案：

圖8 工藝分析示意圖

（1）0°方案在拉伸成形過程中，材料沿流動方向A流動，并在造型底部積聚，形成疊料，無法消除，此方案不可接受。

（2）7°方案在拉伸成形過程中，材料主要沿流動方向A方向流動，流動方向B方向材料流動較少，材料在底部的積聚與0°方案相比已有明顯改善，只有少許起皺，已無明顯疊料，此方案非最優(yōu)方案。

（3）10°方案在拉伸成形過程中，材料沿流動方向A方向流動，同時流動方向B方向也有材料流動，兩個方向都已較少，起皺、疊料均已得到較好解決，此方案為最優(yōu)方案。

（4）15°方案在拉伸成形過程中，材料沿流動方向A、流動方向B兩個方向同時向底部造型處流動，流動量可控，未形成疊料、起皺，但其左右造型高低差過大，影響模具整體高度，非最優(yōu)方案。

5.2 壓料面優(yōu)化

此地板縱梁的材料為B340/590DP，屈服強度和抗拉強度高，制件成形后易產(chǎn)生回彈，為減少成形后的回彈，通常選擇在拉伸時將制件一次性拉伸到位，避免后序的翻整導(dǎo)致制件回彈過大，對于部分不通過翻整無法實現(xiàn)的制件，一般選擇局部翻整。

如圖9所示，左側(cè)部位（左側(cè)框處）頭部翻邊，其余部位拉伸到位，工藝不存在變化。主要的變化點在右側(cè)部位（右側(cè)框處），此處進行了3種方案的嘗試，如圖10、圖11（軟模效果見圖12）和圖13所示。

圖9 零件工藝分塊

圖10方案：縱梁所有法蘭、R角全部拉伸到位，沿法蘭面外延后，向下再做法蘭形成壓料面，分模線在制件外部，如圖片標(biāo)識部位。為控制板料的流動，在縱梁斜面部位，法蘭外延后做了一個反凹，反凹可起到一定的控料作用。

此方案由于成形高度高，導(dǎo)致制件底部R角存在開裂。同時，由于壓料面過于靠外，在分模線與制件立面間材料過多，使成形起皺未得到有效解決。

圖11方案：縱梁法蘭面直接外延形成壓料面，分模線在制件立面與法蘭的交線部位，一側(cè)做調(diào)整——R角加大，法蘭面上抬。在縱梁斜面部位做反凹控制材料流動，反凹在壓料面上，對材料的流動控制更佳。

圖10 壓料面方案Ⅰ

圖11 壓料面方案Ⅱ

此方案即降低了拉伸深度，同時內(nèi)移了分模線，制件起皺得到了極大的改善，但局部仍存在起皺現(xiàn)象。

軟模試制時，制件按圖7方案，工藝按圖11方案，得到的制件如圖12在局部仍存在起皺現(xiàn)象。根據(jù)情況對制件和工藝同時優(yōu)化，以在正式模具上開展開發(fā)。

圖12 軟模件效果圖

圖13方案：縱梁立壁拉伸出約60%，剩余立壁和法蘭翻整到位。此方案拉伸深度淺，壓料面平緩，斜面部位的材料向下流動時機更短，向下流動的量也就更少，此方案使起皺問題得到解決。

圖13 最終壓料面方案Ⅲ

6 總結(jié)

此款地板縱梁強度明顯高于市場上現(xiàn)有輕卡制件使用的縱梁，其制件設(shè)計和工藝設(shè)計需有較大幅度的優(yōu)化，才能解決存在的起皺問題。通過對地板縱梁制件設(shè)計方案和工藝方案的不斷優(yōu)化，結(jié)合Autoform分析，在制件達到V2數(shù)據(jù)階段將起皺問題解決，支持了項目的正常推進和零部件正式模具的開發(fā)。經(jīng)過對制件、工藝多種方案的嘗試，有效地確定了高落差縱梁起皺問題的解決方案，制件設(shè)計、模具工藝設(shè)計思路可有效推廣到其它類似制件上。