縱梁前端加強板成形仿真及缺陷處理

高 飛，張 曄，王 帆

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 引言

隨著汽車工業的快速發展，汽車行業的競爭日益激烈，新車型的開發時間越來越短，同時對制件的質量要求也是越來越高。汽車沖壓模成形工藝方案的選擇至關重要，不合理的成形工藝方案不僅會增加生產準備成本，而且會影響到最終制件的成形質量，因此，模具成形工藝方案的確定是模具設計制造的首要關注點，它是一切后續工作開展的基礎。本文以某車型縱梁前端加強板為研究對象，排布工藝方案，基于Autoform 分析軟件，建立成形模型。對拉伸出現的開裂缺陷進行重點分析，提出最佳解決方案。

2 制件特點

此制件為內板件，外形如圖1 所示，材料為汽車覆蓋件常用材料B210P1，料厚為1.2mm，外形尺寸為455×355×40mm，該制件為左、右對稱件。制件一側有翻邊，考慮翻邊受力平衡，采用左、右對稱兩件連體成形，制件外形不規則，以拉伸為主要成形方式。

圖1 制件圖

3 制件成形工藝設計

此制件為左、右對稱件，形狀較復雜且存在單側翻邊，經過對制件進行分析，依據制件形狀特點及成形精度要求，選擇平均法向為沖壓方向，初步確定成形工藝方案為：第一工序拉伸，第二工序修邊沖孔，第三工序剖切沖孔，第四工序翻邊，共4工序完成沖壓成形。以小翻邊面展開為中間連接部分，翻邊展開料尺寸最小位置加10mm的修邊線余量。

3.1 拉伸壓料面設計

拉伸壓料面一般要設計為大致隨形，對材料進行預成形，在Autoform 中壓料面的設計通常有4 種方法：①斷面線法，通常采用斷面線法能夠很好地實現隨形預成形；②蝴蝶面法，應用在一些比較復雜的制件，根據成形要求在某個角部需要折一個異曲率的面；③壓料面法，運用在一些制件法蘭面可以直接應用，作為拉伸成形的壓料面使用；④修剪制件法，主要針對的是一些制件的高度較大，需將制件局部進行修剪，降低成形高度。按照制件形狀特征，該制件適用斷面線法。

在拉伸壓料面設計前，先要進行制件外部光順填充，初始選擇自動填補，這種填充效果在后續成形過程中并不理想，需要做細化處理，選取線條的端點移動，線條的端點處實現與選取的邊界相切。刪除多余的點，僅留一個點作直角拐點用，做成平直線，用于后續中間補充順暢。同理方法完成其余各處的外周補充，填充內部空洞，兩件連體，完成中間補充，結果如圖2所示。

圖2 拉伸壓料面設計效果圖

3.2 工藝補充設計

工藝補充設計參數分別為上凹模圓弧為R10mm，下入模口圓弧為R8mm，拔模角度為8°，如圖3 所示。凹陷區域盡量做高，局部內凹坑包進行優化處理，設置成與高位一致平齊的形狀，有利于拉伸成形。在工藝補充面完成之后，進行翻邊展開，顯示翻邊展開線的位置，便于在模擬仿真前對修邊余量的檢查，拉伸模型如圖4所示。

圖3 工藝設計參數

圖4 拉伸模型圖

4 仿真模擬

仿真模擬首先進行生產線的設置，主要有工具體的基準面、工序沖壓行程等，完成拉伸、修邊沖孔、剖切沖孔、翻邊各個工序的仿真工具體設置。

4.1 拉伸工具體模型

采用單動拉伸成形，工具體特點是上滑塊帶動上凹模，下工作臺設置有壓邊圈和下凸模。運動過程中下壓邊圈首先抬起一定距離，高于下凸模頂面10mm，保證與上凹模首先壓料，壓住料后一起下行，實現凸凹模逐步成形。壓邊圈是控制受力狀態，行程設置為350mm，力設置為3MPa，采用自適應力，如圖5所示。

圖5 拉伸工具體模型

4.2 修邊沖孔工具體模型

修邊沖孔序選擇投影方向，按照模具結構設計分塊原則，進行分塊修邊、沖孔、剖切工藝設計，該件修邊線較為復雜，工藝設計主要考慮廢料的取料方式，確定分兩工序完成修邊、沖孔、剖切，如圖6所示。

圖6 修邊沖孔工具體模型

4.3 翻邊工具體模型

該工序將制件的側翻邊部分側翻到位，翻邊角度接近90°，工藝設計重點是翻邊鑲塊R角處的處理，以便消除R角處的壓痕。上模壓料芯先下行壓料，上翻邊鑲塊與下模鑲塊互相作用，實現翻邊成形。上模壓料芯為控制受力狀態，先下行壓料，行程設置為300mm，坯料由翻邊下模型面定位，成形時翻邊上模與翻邊下模相互作用，左右件同時成形。翻邊結束后，頂料汽缸頂起制件，取出制件，翻邊工序結束，最終制件成形，如圖7所示。

圖7 翻邊工具體模型

5 運算分析

設置好相應參數，在運算分析時，開裂、起皺較為嚴重，數據結果顯示成形不充分。首先選擇加大坯料尺寸，重新模擬，成形結果改善不明顯。為進一步提升成形質量，選擇圓形拉伸筋并不斷完善，逐步設置變系數拉伸筋，如圖8所示。通過變筋模擬成形分析可以看出，該成形結果有較為明顯的改善，但局部依然存在開裂區域，需要分區域逐項解讀，如圖9所示。

圖8 變筋拉伸筋

圖9 變筋拉伸模擬結果

5.1 開裂解決措施

針對開裂問題，按照開裂的不同區域，可以采取3種解決方案：①根據制件存在兩個大的長圓孔的特點，設置破料刀，給側壁處提供進料，到底前15mm 開始刺破，如圖10所示，模擬結果顯示增加破料刀后，解決了局部區域開裂的問題；②在開裂部位設計儲料包，后序整形。對于成形開裂位于中間部位需增加儲料包，設置兩個儲料包后模擬開裂消除，如圖11所示；③對于開裂位置位于初始走料部位，且此區域位于制件外緣，后序整形工序材料變形不受限，采用加大R角、增大拔模角的方式消除開裂，如圖12所示。

圖10 破料刀設置

圖11 儲料包設置

圖12 R角/拔模角設置

5.2 回彈分析

基于前面的工藝設計及仿真模擬，進行翻邊整形工序后回彈分析，以導入的工具體為參考對象，回彈約束為自由回彈模式。數據分析顯示，回彈數值在-0.5～+0.5mm 范圍內，汽車沖壓件回彈結果控制在此范圍內，無需進行回彈補償，如圖13所示。

通過工藝設計及仿真模擬，最終確定工藝成形方案：第一工序拉伸，第二工序修邊沖孔，第三工序剖切沖孔，第四工序翻邊，如圖14所示。

圖14 成形工藝

6 模具及材料要求

該制件共開發4副模具，分別為：拉伸模、修邊沖孔模、剖切沖孔模、翻邊模。模具材料均選用沖壓模具常用材料，拉伸模上模、下凸模、壓邊圈采用MoCr鑄造，表面淬火硬度48～52HRC；修邊沖孔模上模座、下模座、退料板采用HT300 鑄造，修邊上模、修邊下模、廢料刀采用火焰淬火鋼7CrSiMnMoV，淬火硬度58～62HRC；翻邊模上模座、下模座同樣采用HT300 鑄造，翻邊上模、翻邊下模、壓料芯采用Cr12MoV 鍛造，淬火硬度56～60HRC。模具制造過程無質量異常，拉伸模驗證調試成形順暢，修邊沖孔模出現廢料卡于廢料刀之間不易取出的現象，通過鉗工消除了卡廢料問題，最終沖壓件質量穩定，可滿足批量沖壓生產。

7 結束語

本文基于Autoform 的分析方法，對制件全工序成形過程分析提供可靠的預模擬方案。實踐證明，該制件沖壓工藝方案確實可靠，能夠滿足制件的生產需要，降低了模具開發的風險及制造成本，縮短了模具的開發周期。同時通過分析總結出了開裂的3種解決方案，分別為設置破料刀、儲料包、加大R 角增大拔模角，為以后此類制件的模具開發積累了寶貴的經驗。