基于CAE对汽车外覆盖件折边反弹的分析

徐伟 刘鹏 刘项来

摘要：近年来，我国汽车制造行业发展迅速，已经逐渐成为我国国民经济的支柱产业之一。车身覆盖件是汽车车身的重要组成部分之一，车身覆盖件的质量直接影响着汽车的使用寿命，进而影响着汽车的市场竞争力和品牌形象。良好的汽车覆盖件不仅能够提升汽车的使用寿命，而且能够增加车身的美观性和舒适性，本文主要针对折边导致汽车外覆盖件反弹的问题，运用CAE软件Autoform对汽车引擎盖外板冲压全工序进行模拟。通过优化折边工艺、调整工艺参数等措施，分析影响外覆盖件折边反弹的因素及影响程度，选取了调整折边时间差、增加余肉造型、增加法兰边缺口及调整折边工序安排作为4个影响反弹的因素进行分析。

关键词：CAE；汽车外覆盖件；折边反弹

1引言

汽车覆盖件是汽车车身的主要部分，它影响着汽车的美观程度，因此要求比较高。只有高精度的尺寸、高精度的形状、高精度的表面质量的覆盖件，才能够保证车身较好的符合初期设计要求。同时，车身覆盖件的生产在很大程度上也决定了汽车的生产成本和开发周期。所以，既要保证覆盖件的生产质量，又要保证生产效率，只能从生产线的每个环节入手。上下料工序作为现代车身覆盖件自动化生产线的重要环节，其自身的精度和速度对覆盖件的质量和生产效率有很大影响。

2CAE技术简介

随着科技的不断发展，同时产品也在朝着多样化、智能化和复杂化的方向发展。对于复杂的项目或工程，人们借助计算机辅助工程，即CAE（Computer Aided Engineering），可以对产品进行精确的设计，分析和试验。由计算机技术和工程分析技术相结合而成的CAE分析技术，其在三维建模的基础之上，从产品的设计初期，根据实际情况进行结构仿真分析、设计以及综合评价，可以从众多方案中选出最优方案。在工程应用中，要对某产品或项目进行CAE分析，CAE软件是必不可少的，它是CAE技术的载体。通常CAE软件分为专用软件和通用软件。专用软件是对特定的对象进行相应的性能分析、预测以及优化的软件。通用软件是指能够对多种对象的物理、力学性能进行相应的分析、预测、评价和优化的软件。一般用于CAE的大型通用商业化软件有HYPERWORKS、SYSNOISE、FLUENT、ADAMS以及ANSYS等。

3汽车覆盖件分析

汽车覆盖件是指覆盖发动机、底盘，构成驾驶室、车身的金属薄板制成的空间形状的表面或内部零件。其具有表面质量要求高、零件材料薄、结构尺寸较大、空间形状复杂、刚度大、工艺性好等特点。按照不同的分类标准有不同的分法，以覆盖件所具有的功能和位置分类，可以分为外部覆盖件、内部覆盖件、骨架覆盖件三类；以加工工艺分类，分为对称覆盖件、非对称覆盖件、双冲压覆盖件、凸缘覆盖件、压弯成型覆盖件五类；以覆盖件的大小和质量分类，可以分为大型覆盖件、中型覆盖件、小型覆盖件三类。不管以哪种分类的覆盖件，其加工过程往往需要经过落料、拉延、翻边、整形、冲孔、修边等工序，有时为了节省空间，将落料和拉延工序、冲孔修边、翻边与整形等工序进行合并，通常需要3到6台压力机，其布局方式以双动压力机为首，单动压力机和其他辅助设备（上料、下料、传递、检测机构等）共同组成。覆盖件加工工艺流程是冲压线设备布置的基础，所以要想熟悉冲压线设备布置情况，必须先了解覆盖件加工流程。为深入了解覆盖件加工流程，调研了国内某汽车覆盖件冲压生产线，如下图所示。其具体加工流程：板材经过分离进给装置将板材依送到冲压机床A，经过机床A冲压成型（落料工序）后，上下料机械手通过端拾器将机床A中加工完成的工件，按照一定的轨迹运送到机床B中，经过机床B冲压成型（拉伸工序）后，上下料机械手通过端拾器将机床B中加工完成的工件，按照一定的轨迹运送到机床C中，经过机床C冲压成型（修边、冲孔工序）后，上下料机械手通过端拾器将机床C中加工完成的工件，按照一定的轨迹运送到机床D中，经过机床D冲压成型（翻边、冲孔工序）后，上下料机械手通过端拾器将机床D中加工完成的工件，按照一定的轨迹运送到机床E中，经过机床E冲压成型（修边、冲孔整形工序）后，照一定的轨迹运送到成品检测装置上，经成品检测装置检测合格，成品码垛机器人将成品工件码垛。

4折边对反弹的影响

产品通常在剪边工序后进行折边或翻边等折弯作业。当折弯轮廓线为非直线时，折边会引起产品法兰边的伸缩变形，导致产品材料内部很容易出现不均匀的弹性回复应力。当折弯轮廓线是直线时，由于弯曲线两端的弯曲应力不连续或者由于一次成形时加工硬化现象的存在等，亦可形成弯曲周边板面内不均匀弹性回复应力，进而导致产品面外变位。通过增加缺口或余肉造型，吸收或补偿产品的伸缩变形量，可使弹性变形更均匀，从而降低产品的反弹量。调整折边刀块的高度，使折边存在时间差，导致弹性应力的分布发生变化，进而使得产品的反弹量发生变化。汽车覆盖件的折边一般在2～3个工序内完成。每个工序结束后都会导致反弹回复应力的释放，不同的工艺布置会导致应力释放的顺序发生变化。可通过调整各工序的折边工艺布置，降低产品的反弹量。

5成形及回弹结果分析

5.1调整折边时间差

调整折边刀块的高度，可以使折边刀块与产品的接触时间错开，形成时间差。折边的时间差导致产品材料内部弹性回复应力发生变化，进而反弹量发生变化。方案2后方折边刀两侧位置加高10mm，前方折边中中间位置加高10mm。对比方案1，调整后的方案2后方反弹量降低，前方反弹量加大。

5.2增加余肉造型

产品后方折边线为弧形，折边时材料为拉伸过程，通过增加余肉造型补充材料不足，使得材料变形更加的均匀，降低反弹量。方案1为增加余肉造型，方案3为无余肉造型。由于增加了补充造型，产品在折边过程中对材料的拉伸进行了补偿，材料折边应力降低，折边后的反弹量极大地降低。

5.3增加法兰边缺口

引擎盖前、后方的折边轮廓线为弧形，折边的过程中前方材料发生压缩、后方材料发生拉伸，材料发生塑性变形后残留很大的弯曲应力。通过在产品的法兰边上追加缺口造型，降低材料的塑性变形难度，减小了残留内应力，减小零件的反弹。方案1为前后方法兰边中间位置各追加1个缺口造型，方案4为无缺口造型，缺口尺寸为100mm长、3mm高。通过反弹结果对比可知，追加缺口后零件的反弹量降低。通过对弧形折边的位置追加缺口或剪短剪边线，可明显降低折边反弹。

6结束语

本文通过对引擎盖外板的折边反弹的研究，通过对折边过程的分析，提出了影響折边反弹的因素及影响程度。调整折边时间差、增加余肉造型、增加法兰边缺口，这几个因素均对产品反弹量有很大的影响，改修可改善了产品反弹状况。通过结合以上几个因素的改修，可改善产品的反弹，降低车门外板、引擎盖外板等折边反弹量。

参考文献

[1]刘献礼，姜彦翠，吴石，李茂月，岳彩旭，陈涛.汽车覆盖件用淬硬钢模具铣削加工的研究进展[J].机械工程学报，2016，5217：35-49+57.

（作者单位：长城汽车股份有限公司技术中心）