側圍上加強梁沖壓工藝分析及產品優化

王樂勇，張建剛，任寬，孫伯樂

濰柴動力股份有限公司 上海 201114

在車身設計階段，對沖壓件進行計算機成形模擬仿真，根據仿真結果，判斷產品的沖壓工藝可行性，對產品提出優化建議。成形模擬仿真分析目前在解決產品沖壓開裂、起皺等問題上應用廣泛。本文介紹了成形模擬仿真分析，在陜汽重卡某車型側圍上加強梁沖壓成形分析及產品優化上的應用。

產品分析及拉延模型的建立

陜汽重卡某車型側圍上加強梁（見圖1）為左右對稱件，材料初定DC04，板厚為1.2mm。拉延采用左右件合模的方案，提高材料利用率、降低模具制造成本及沖壓件生產成本。由于規劃模具按50萬臺份開發，初定沖壓工藝流程為5道工序：拉深→修邊沖孔→修邊沖孔側修邊側沖孔翻邊→側翻邊側翻孔沖孔分離→翻邊整形。

圖1 側圍上加強梁方案數據

按此工藝方案該產品端頭的翻邊豁口展開后不宜修邊，需要加大豁口便于修邊，如圖2所示。左右件的拼接方式及工藝補充面如圖3所示。

圖2 端頭翻邊優化

圖3 工藝補充面

拉延工藝參數設置

料片采用梯形料，尺寸為1870mm×490mm，料片在壓邊圈上布置如圖4所示。拉延深度為110mm，壓邊圈行程110mm，如圖5所示。壓邊力設定為1200kN，摩擦系數設定為0.15。

圖4 料片在壓邊圈上布置

圖5 壓邊圈行程設置

拉延成形模擬分析及產品優化

拉延模擬分析結果如圖6所示，a處拉延有開裂風險。原因分析如圖7左圖所示，拉延補充面圓角過小，造成拉延時板材經過該圓角造成嚴重減薄。修改建議如圖7右圖紅線所示，加大豁口尺寸，從而加大拉延補充面的圓角半徑，解決開裂。

圖6 拉延模擬分析結果

圖7 a處原因分析及修改建議

b、d處拉延開裂。開裂原因如圖8所示，是由于下部法蘭面有臺肩局部變形造成進料阻力大，同時凸模圓角半徑R只有4mm過小，側壁過渡過于急劇，拉延時拉應變超出成形極限造成。c、e處拉延開裂。開裂原因如圖8所示，由于局部變形加劇，拉延時材料補充困難，造成的脹型開裂。法蘭面的臺肩在車身結構上主要是避讓作用，為解決開裂，取消法蘭面臺肩，同時修改側壁，滿足避讓要求。具體修改建議如圖9所示。

圖8 b處缺陷

圖9 b處修改建議

h處開裂，開裂原因同b處,屬于拉延開裂。g、i處開裂，開裂原因同c處，屬于脹型開裂。f處有開裂的風險，主要是法蘭面局部變形加劇，進料阻力大，造成該處拉延應變接近成形極限。該法蘭面臺階同樣是避讓作用，修改方案同樣是取消法蘭面臺肩，同時修改側壁，滿足避讓要求。

經過幾輪產品優化，取消了法蘭面臺肩，凸模圓角由R4mm增加到R9mm，最終的型面如圖10所示。同時為滿足輕量化指標，將料厚由1.2mm改為1.0mm，材料牌號改為屈服極限稍高的B210P1，最終產品的成形分析結果，如圖11所示。開裂已經得到有效的控制。

圖10 缺陷處最終的型面

圖11 最終產品的成形分析結果

沖壓工藝排布

最終產品的沖壓工序排布如圖12所示。

圖12 最終產品的成形分析結果

結語

通過側圍上加強梁的沖壓工藝分析及產品優化，總結以下幾點：

1）產品的圓角半徑不宜過小，作為拉延凸模圓角時，要盡可能大，一般＞6mm。

2）在設計臺階面時，要注意成形性，臺階面過渡急劇時會造成材料流入困難引起拉延開裂。

3）在做翻邊豁口設計時，考慮展開后的修邊可行性。

4）B210P1拉延成形性與DC04接近，屈服極限高于DC04。它是在產品型面和拉延工藝不變的前提現下，較好的DC04輕量化替代材料。

通過有限元軟件進行沖壓成形模擬分析，可以早期發現產品缺欠，及時優化產品結構。可縮短工裝調試周期，降低工裝開發風險和成本。