整体侧围拉延成形缺陷CAE仿真及控制

文/王勇，李玉强，须俊华，董剑安·上海赛科利汽车模具技术应用有限公司模具制造部

整体侧围拉延成形缺陷CAE仿真及控制

文/王勇，李玉强，须俊华，董剑安·上海赛科利汽车模具技术应用有限公司模具制造部

在汽车覆盖件冲压领域中，整体侧围是车身外覆盖件中关键的部件之一，该类零件几何尺寸大、形状复杂、成形缺陷难以预测。本文采用CAE技术就整体侧围拉延成形过程进行仿真，并针对侧围比较常见的成形质量缺陷进行了预测，包括后门洞最高点的开裂问题、侧围上沿的冲击线及门洞棱线的滑移线问题、压料面起皱问题，并针对这些问题采取了工艺造型手段将其解决，这为侧围的成形及缺陷控制研究提供了一定的借鉴作用。

后门洞最高点的开裂问题

图1 侧围后门洞最高点的拉延深度

图2 过拉延造型

图3 CAE仿真结果及实际零件状态

整体侧围拉延深度较大，尤其是在后门洞内主棱线处深度最大，图1中侧围此处拉延深度达到了213mm，并且产品圆角很小，为R2.5mm，在成形过程中很容易出现开裂问题。为了解决开裂，需要在有开裂风险处做过拉延造型，将产品侧壁外移做拔模角度，将产品圆角放大，使材料在此处流动顺畅，能够使周围材料向材料变薄严重区域补充，避免开裂的产生。过拉延造型如图2所示，其中：第一种过拉延造型的圆角为R4.5mm，CAE仿真结果显示板料在危险处变薄率为0.25（图3a），现场零件调试结果开裂严重。第二种过拉延造型的圆角为R10mm，CAE仿真结果显示板料在危险处变薄率为0.206（图3b），无开裂风险，现场零件调试开裂问题得以解决。

侧围上沿冲击线及门洞内滑移线问题

侧围作为汽车较受关注的外观零件，其表面质量非常重要，一点点的表面质量问题也会使整个汽车的美观性大打折扣。冲击线及滑移线造成的表面质量问题在外板件缺陷中较为常见且难以解决。板料在拉延过程中，凹模口圆角首先接触板料，随着板料向凹模中流入，凹模口圆角在板料上留下痕迹，材料流入越多痕迹越长，这种痕迹就是冲击线。另外门洞内与外露面交接的R较小，并且在冲压方向上位置相对较高，在板料成形过程中，凸模上此圆角位置与板料略早接触，如果门洞内外材料流动不均匀，与凸模高处圆角接触的板料会产生相对滑动，如果此处接触产生的痕迹向外露面方向滑动的话就会造成滑移线问题。

目前整体侧围拉延深度越来越浅，随着对拉延深度的控制，侧围与顶盖搭接部位外露面的冲击线风险也越来越大，门洞内外材料流动的不均匀也加大了门洞滑移线的风险，侧围前沿外露面见图4。

侧围前沿侧壁截面见图5，原始造型的面为线性，通过CAE仿真发现材料流动过快，冲击线进入外露面，如果将相应处拉延筋锁得太紧，阻止材料流入，又会造成门洞内开裂问题。通过多次造型改造及CAE仿真发现，在侧壁的下半段增加台阶造型，这种台阶造型的凹模圆角初始接触板料的位置比原始的凹模圆角接触板料的位置稍微靠外一点，能够储存一定量的材料，并且在成形前一段时间使材料产生稍大的拔模角度，材料流入量相对较少，到板料成形的后半阶段，上模台阶的上圆角接触板料，此圆角处材料流动开始等同于原始的材料流动，最后到拉延成形结束。这样整体来说减缓了上半段材料的材料流动，就减缓了冲击线，并避免了门洞内开裂问题。同时，优化门洞内的工艺补充形状及拉延筋阻力，使门洞内外材料流动均匀，也避免了门洞圆角的滑移线问题。侧围前沿处冲击线CAE仿真最终结果见图6，门洞内滑移线CAE仿真结果见图7。

图4 侧围前沿外露面

图5 侧围前沿侧壁横截面

图6 侧围前沿处冲击线CAE仿真结果

图7 侧围门洞内滑移线CAE仿真结果

与翼子板搭接处压料面起皱问题

侧围与前翼子板搭接部位产品的法兰面高低不平，压料面根据产品法兰面形状设计，起伏较大，通过CAE分析发现成形过程中有起皱问题，并有可能对外观质量造成影响。将局部高处的产品法兰面放到凸模上拉延成形，凸模轮廓线外移，并将低处的法兰面在拉延时抬高，压料面改为平缓，未拉延出的产品法兰部分放到下一道工序上采用二次拉延工艺成形，CAE仿真结果显示拉延成形过程起皱现象明显改善，极大地降低了外观质量缺陷的风险，下一道工序二次拉延工艺采用外面带压料板的形式，可以保证二次拉延过程中材料变形平缓流畅，具有可控性，法兰面更加平整。由于二拉深度较小，最大量为10mm，也不会降低材料利用率。更改前压料面形状及CAE仿真结果见图8a，更改后压料面形状及CAE仿真结果见图8b。

图8 压料面形状及CAE仿真结果

整体侧围成形复杂，CAE分析及工艺造型难度较大，采用正确的CAE仿真方法可以有效地对成形缺陷进行预测并能够评判工艺造型的优良。本文针对整体侧围拉延成形过程进行仿真，对侧围成形过程中的重大缺陷进行了预测，并通过工艺造型将其改正，有效地指导了侧围拉延模具的调试，缩短了模具的调试周期，并取得了很好的效果。

王勇，博士。研究方向：汽车覆盖件冲压工艺及CAE技术研究。