一種側圍外板回彈補償方法研究及應用

文／王雙枝，高雙明，楊誼麗·安徽江淮汽車集團股份有限公司

隨著汽車外覆蓋件制造品質要求越來越高，對零件回彈的控制需求愈加迫切，國內外各大汽車制造廠商及高校學者都對回彈補償問題給予了高度重視，使得近年來板材回彈及回彈補償的各種理論研究得到大幅的發展，各種板材成形理論、回彈補償方法和技術不斷涌現。

理論和實踐表明，準確地預測沖壓件回彈量、高精度的工藝回彈補償、高質量的A 面重構是實現沖壓件精度控制的有效措施，對于降低沖壓件的制造成本，縮短新產品的開發周期具有非常重要的意義。本文基于某車型側圍外板的開發過程進行回彈補償方法的研究。

零件回彈機理

回彈是材料成形后卸載過程產生的反向彈性變形，是板料沖壓成形過程中存在的一種普遍現象。在彎曲過程中，回彈現象尤為嚴重，對零件的尺寸精度、外觀品質產生很大的影響。

金屬材料微觀上呈現多晶體結構，即由大量細小晶粒無規則地組合而成，而其中每一顆晶粒是金屬原子的有序排列。金屬學研究指出，晶體中主要存在兩種不同的變形機制，一種是彈性機制，它表現為應力場作用下金屬原子間距離的改變，這種改變不是永久的，當應力場消失時，原子間距將回到正常狀態，這是金屬材料宏觀彈性變形的根本原因。晶粒的另一種變形機制是滑移機制，它表現為晶粒中相鄰部分間的滑移或錯動，當應力場作用下晶粒中相鄰原子間距超過原子間引力場作用范圍，會在某些特定的取向平面上產生滑動，造成晶粒的永久變形，應力場消失后滑移變形仍然保留，這是金屬材料宏觀塑性變形的根本原因。晶體滑移變形示意圖如圖1 所示。

圖1 晶體滑移變形示意圖

某車型側圍外板

側圍外板是汽車整車外覆蓋件中重要的零件之一，具有形狀復雜、材料薄、外形尺寸大、表面質量要求高、成形難度大等特點。往往是整車試制過程中，影響沖壓件品質是否能夠按期達標的瓶頸零件。本文介紹的側圍外板，零件三維尺寸2793mm×1270mm×384mm，材質為DC54D+ZF 45/45，料厚為0.65mm，如圖2 所示。

圖2 側圍外板零件

基礎回彈分析

為了得到精確、可靠的全工序分析文件作為回彈補償的基礎，在進行回彈補償操作前，通過合理地設置噪音變量，對沖壓工藝進行穩健性分析確認，排除因為工藝及材料等噪音因素對回彈結果分析的影響。

工藝穩健性確認滿足要求后，對側圍外板的基礎回彈進行分析，結果如圖3 所示。分析結果表明：A 面區域回彈量較大的區域分別是上邊梁后部、尾燈上部、腰線下部中間區域和輪眉下部。其中：上邊梁后部回彈最大值為+1.074mm，尾燈上部回彈最大值為+2.302mm，腰線下部A 面中間回彈最大值為+1.135mm，輪眉下部回彈最大值為+1.761mm。根據經驗選取A 面回彈評價點進行符合率統計，發現A 面合格率為68.75%，嚴重超過外板A 面精度質量要求，必須進行回彈補償。

圖3 側圍外板基礎回彈

回彈補償方案設計

RPS 合理性確認

大型外覆蓋件尺寸大，造型存在面積較大的平緩A 面，所用薄板材質較軟，整體剛性較差，易變形，零件定位支撐后受自身重力影響比較大，直接影響零件測量結果的真實性。因此，判斷定位的合理性為開展回彈補償方案設計的先決條件。

根據尺寸分組提供的RPS點位置，使用AUTOFORM軟件進行零件重力分析，通過對側圍外板原始RPS 點的位置進行優化，將檢測過程中的重力影響降低至最低。最終回彈區域具有一定的整體連續性，偏置數據在±0.5mm 以內，且單個夾持力小于等于10N，保證了回彈分析的結果更接近實際，優化后的RPS 點分布及偏置數值如圖4 所示。

圖4 側圍外板RPS 合理性評價

回彈補償方案選擇

通過基礎回彈分析，可以看出側圍上邊梁后部、尾燈上部、腰線下部中間區域和輪眉下部存在較大的回彈，基于零件復雜程度和造型面質量角度考慮，最終側圍外板采用全工序補償方案。OP10 補償拉延序產生的回彈區域，OP20 基于OP10 拉延后符型補償，OP30/OP40 部分繼承OP10，并額外增加翻整面區域補償，其余型面與產品相同。

側圍外板的具體成形方案：OP10 拉延→OP20 修邊+側修邊+沖孔+側沖孔+整形→OP30 修邊+沖孔+翻邊+整形+側整形→OP40 修邊+側修邊+沖孔+側沖孔+翻邊+側翻邊+整形。結合成形方案，根據零件特點將側圍外板劃分為12 個區域，在不同工序分別制定不同的補償方案，如區域1 在OP10 拉延工序進行補償，OP10 繼承進行符型補償；區域8 僅在OP10 拉延工序進行補償，其他區域的補償方案如圖5 所示。

圖5 側圍外板回彈補償方案

回彈補償方案仿真驗證

按照制定的回彈補償方案優化各工序模面結構后，CAE 回彈分析結果如圖6 所示，上邊梁后部回彈最大值由+1.074mm 減小到-0.242mm，尾燈上部回彈最大值由+2.302mm 減小到+0.045mm，腰線下部A 面中間回彈最大值由+1.135 減小到+0.502mm，輪眉下部回彈最大值由+1.761mm 減小到+0.322mm。最終A 面合格率達到97.92%，回彈補償CAE 分析結果達成預期目標。

圖6 側圍外板補償后回彈

A 面重構及曲面質量分析

根據制定補償策略利用Catia進行A級曲面重構，通過不斷優化曲面光順系數以及數字化變形參數迭代分析，完成A 面重構工作。

由于側圍外板為整車最為重要的外觀覆蓋件，有較高A 面質量要求。所以對重構前后A 面質量從斑馬線檢查、曲率梳分析、凸凹性三個方面進行曲面質量分析，分析結果如圖7 所示。通過對比分析發現側圍外板在補償前后，制件光影跟造型基本一致，重構A 面質量符合質量要求。

圖7 側圍外板重構A 面質量檢查

零件實物驗證

零件精度符合性確認

工裝開發過程中，嚴格控制模具間隙、模具研合狀態、坯料流入量、調試參數等工藝信息接近理論參考值，保證實物回彈補償效果驗證的真實性。

利用藍光掃描對首輪全工序樣件進行掃描回彈補償后A 面精度確認，通過實物藍光掃描云圖分析對比發現，側圍外板整體回彈趨勢與CAE 分析狀態基本一致，整件外觀A 面符合率為93.75%(圖8)，略低于理論值，達到項目指標要求。最終零件A 面精度是否滿足要求，以實際裝車驗證為準。

圖8 側圍外板藍光掃描結果

零件外觀符合性確認

側圍外觀符合性確認，可以將側圍外板表面涂抹高亮油，放置在專業模擬圓柱形光源的AUDIT 評審房環境中，通過檢查零件的斑馬紋，以確認理論與實際審查狀態是否一致。通過對比分析，實物零件的斑馬紋走向與產品設計狀態基本一致(圖9)，滿足產品造型設計意圖，達成預期效果。

圖9 側圍外板外觀檢查結果

結束語

本文借助Autoform 軟件對某車型側圍外板進行沖壓仿真分析，基于穩定有效的回彈計算結果，制定合理的回彈補償策略，對不同工序的型面進行關鍵參數補償設置，基于CATIA 軟件對A 面進行重構，并進行型面質量檢查，合格后進行實物開發驗證，驗證效果良好，有效降低了零件調試周期，達成了預期效果，對后期項目側圍外板開發具有重要的借鑒意義。