基于AutoForm預(yù)測(cè)及改善汽車外覆蓋件翻邊整形的表面缺陷

王麗珠，容勝忠，蘇飛宇，陽(yáng) 學(xué)，楊 歡

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

汽車外覆蓋件包括側(cè)圍、翼子板、頂蓋、機(jī)蓋、背門及4個(gè)側(cè)門，這些零件表面包含外觀面和非外觀面，非外觀面與其他零件有匹配要求，外觀面成形主要采用拉深工藝，而非外觀的匹配面則采用翻邊和整形工藝。由于工序數(shù)量和數(shù)模功能的限制，翻邊整形存在以下問(wèn)題：①翻邊整形不能通過(guò)一個(gè)刀塊完成；②翻邊整形面的角不能按照沖壓方向線進(jìn)行搓翻；③翻邊整形深度差異大、輪廓復(fù)雜，不能同時(shí)觸料或局部觸料較晚。這些問(wèn)題使匹配區(qū)域翻邊整形時(shí)產(chǎn)生缺陷，這類表面缺陷大部分可以通過(guò)仿真軟件進(jìn)行分析，提前發(fā)現(xiàn)及改善，但卻在工藝設(shè)計(jì)階段被忽視[1,2]，使問(wèn)題遺留到模具調(diào)試階段，以至于整改成本增加、制造時(shí)間延長(zhǎng)。雖然這些缺陷不至于影響汽車的使用性能，但會(huì)影響客戶對(duì)整車外觀的滿意度，因此國(guó)內(nèi)大部分的汽車制造企業(yè)都有對(duì)外觀面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)審的體系[3]。

AutoForm軟件在模擬沖壓板件的成形及預(yù)測(cè)成形缺陷方面速度快且易操作[4]，已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)普遍采用的成形仿真軟件。為了提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)結(jié)合多個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)翻邊整形設(shè)計(jì)不良的區(qū)域進(jìn)行分類總結(jié)，并通過(guò)案例演示AutoForm軟件模擬檢查和優(yōu)化驗(yàn)證，提前發(fā)現(xiàn)及改善這些區(qū)域翻邊整形的表面缺陷問(wèn)題。

1 外覆蓋件翻邊整形表面缺陷區(qū)域

翼子板形狀復(fù)雜，所使用的成形工藝能代表外覆蓋件沖壓成形工藝類型。以某翼子板為例，根據(jù)工藝類型對(duì)翻邊整形工序易出現(xiàn)表面缺陷的區(qū)域進(jìn)行分類總結(jié)。

1.1 翼子板常規(guī)成形工藝

翼子板常規(guī)成形工藝為：工序①拉深；工序②修邊沖孔；工序③翻邊整形；工序④翻邊整形沖孔，其他零件由于造型的不同，工藝會(huì)略有不同。

1.2 翻邊整形表面缺陷高概率區(qū)域

根據(jù)翼子板常規(guī)工藝設(shè)計(jì)，結(jié)合以往項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)翻邊整形工序容易出現(xiàn)表面缺陷的區(qū)域進(jìn)行如圖1所示的分類：①翻邊整形輪廓線復(fù)雜的區(qū)域；②不同翻邊方向的交刀區(qū)域；③兩工序翻邊過(guò)渡區(qū)域；④整形時(shí)容易邊緣開(kāi)裂的區(qū)域；⑤前工序整形容易補(bǔ)償過(guò)量、后工序有沖孔但無(wú)補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域。

圖1 翻邊整形易出現(xiàn)表面缺陷的區(qū)域

2 外覆蓋件翻邊整形質(zhì)量缺陷案例

2.1 翻邊整形輪廓線復(fù)雜區(qū)域

圖2所示是某車型翼子板C線位置在AutoForm分析工序③翻邊時(shí)存在的表面缺陷，原因?yàn)槿鐖D3所示數(shù)模設(shè)計(jì)中區(qū)間A的翻邊輪廓是內(nèi)凹狀，且為了滿足整車安裝要求，M形的深色翻邊面不能按照沖壓翻邊方向線調(diào)整翻邊面的角度，導(dǎo)致翻邊面與翻邊方向的夾角太大，翻邊時(shí)在這個(gè)位置產(chǎn)生表面缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題采取的對(duì)策如圖4所示，將滿足沖壓翻邊角度要求的淺色翻邊面加長(zhǎng)，由原來(lái)的1 mm加長(zhǎng)到5 mm，數(shù)模優(yōu)化后分析結(jié)果顯示翻邊到底前3 mm缺陷消除。

圖2 翼子板C線位置工序③翻邊時(shí)缺陷

圖3 翼子板C線位置的數(shù)模設(shè)計(jì)

圖4 翼子板C線位置優(yōu)化后數(shù)模設(shè)計(jì)

2.2 不同翻邊方向的交刀區(qū)域

圖5所示為某車型翼子板AutoForm分析發(fā)現(xiàn)工序④翻邊時(shí)圓角不順的缺陷，原因?yàn)楣ば颌鄯叺降椎墓ば蚣旁诠ば颌芊厱r(shí)，翻邊刀塊太短，未包住工序③未翻邊區(qū)域，產(chǎn)生了翻邊缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題采取的對(duì)策如圖6所示，加長(zhǎng)工序④翻邊刀塊（箭頭方向），使與工序③翻邊刀塊交疊量由原來(lái)的約10 mm增加到約25 mm，問(wèn)題得到解決。

圖5 翼子板工序④翻邊缺陷

圖6 翼子板工序③和優(yōu)化后的工序④翻邊刀塊設(shè)計(jì)

2.3 兩工序翻邊過(guò)渡區(qū)域

圖7所示是某車型翼子板表面起鼓的質(zhì)量問(wèn)題，經(jīng)AutoForm分析確定原因?yàn)楣ば颌鄯叺秹K設(shè)計(jì)不良，翻邊區(qū)域至未翻邊區(qū)域過(guò)渡急劇，僅10 mm，導(dǎo)致翻邊后工序件過(guò)渡急劇，該工序件放在工序④翻邊時(shí)翻邊起鼓，出現(xiàn)表面缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題采取的對(duì)策如圖8所示，優(yōu)化工序③翻邊刀塊的設(shè)計(jì)，加長(zhǎng)翻邊至不翻邊區(qū)域的過(guò)渡段，保證工序③翻邊后工序件過(guò)渡平緩，工序④翻邊時(shí)缺陷改善明顯。

圖7 翼子板與前門匹配A面缺陷

圖8 翼子板工序③翻邊刀塊優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.4 整形時(shí)邊緣容易開(kāi)裂區(qū)域

圖9所示是某車型側(cè)圍外板局部R角偏大，數(shù)模設(shè)計(jì)為R2 mm，實(shí)際樣件檢測(cè)約為R2.8 mm，影響與加油口的匹配。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解發(fā)現(xiàn)，原因?yàn)樾捱吘€轉(zhuǎn)角邊緣整形后開(kāi)裂，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)為了解決開(kāi)裂問(wèn)題，局部放大了翻邊間隙。

圖9 側(cè)圍加油口匹配圓角不一致

要解決局部匹配圓角偏大問(wèn)題，不能按照數(shù)模設(shè)計(jì)要求更改翻邊間隙，而應(yīng)先解決開(kāi)裂問(wèn)題，但是由于數(shù)模已經(jīng)發(fā)布，更改的空間有限，為了保證更改不影響其他匹配零件，在采取整改方案前，先用軟件模擬驗(yàn)證了多種方案。最終現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施了圖10所示的對(duì)策：工序①增加儲(chǔ)料凸包如圖10（a）所示，同時(shí)工序③按照?qǐng)D10（b）所示優(yōu)化內(nèi)部不可見(jiàn)面的圓角和修邊線，局部匹配圓角偏大問(wèn)題得到解決。

圖10 采取的對(duì)策

2.5 前工序補(bǔ)償過(guò)量及后工序沒(méi)有補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域

圖11所示模擬結(jié)果顯示翼子板與前保險(xiǎn)杠匹配的圓角在工序④上壓料板與下模貼合時(shí)發(fā)生塑性變形，預(yù)測(cè)A面會(huì)產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷，原因?yàn)楣ば颌蹅?cè)壁做了約3°的向內(nèi)補(bǔ)償，但工序③模擬結(jié)果顯示回彈后工序件側(cè)壁沒(méi)有回彈到數(shù)模狀態(tài)，而是存在負(fù)回彈，這樣工序件放在側(cè)壁未做內(nèi)收補(bǔ)償?shù)墓ば颌芟履Ｐ兔鏁r(shí)，工序件側(cè)壁會(huì)與工序④下模型面干涉，導(dǎo)致靠近干涉部位的A面區(qū)域被撐高，工序④壓料板閉合時(shí)圓角發(fā)生變形，干涉量越多，變形越嚴(yán)重。針對(duì)上述問(wèn)題采取的對(duì)策：前工序補(bǔ)償過(guò)量，后工序也需要做補(bǔ)償或?qū)](méi)有工作內(nèi)容的型面進(jìn)行避空處理，以避免前工序件放在后工序下模時(shí)干涉，導(dǎo)致上模壓料板閉合時(shí)出現(xiàn)表面缺陷。圖12所示是工序④干涉的側(cè)壁避空后，工序④壓料板閉合時(shí)塑性變形區(qū)域明顯減少的分析結(jié)果。

圖12 工序④優(yōu)化后壓料板閉合時(shí)圓角塑性變形減少

3 結(jié)束語(yǔ)

將翻邊整形易出現(xiàn)缺陷的區(qū)域總結(jié)為5類，通過(guò)軟件模擬分析，檢查這些區(qū)域，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和驗(yàn)證優(yōu)化方案，將出現(xiàn)的問(wèn)題在數(shù)模和工藝設(shè)計(jì)階段解決，既使出現(xiàn)的問(wèn)題遺留在模具調(diào)試階段，通過(guò)軟件分析，也能確定其產(chǎn)生的原因，為調(diào)試整改節(jié)約時(shí)間及降低制造成本。