基于AutoForm的前横梁地板冲压工艺设计优化

郝军伟，秦 辉，王南艳，李玉华，包安华，刘芳亮

东风汽车股份有限公司轻型商用车分公司（湖北襄阳 441004）

1 引言

汽车覆盖件主要是指构成驾驶室和车身的表面零件，分为外覆盖件和内覆盖件。内覆盖件是车身内部的覆盖件，它们被覆盖上内饰件或被车身的其它零件所挡住而不能被直接看到。内覆盖件板料厚、外形多样、冲压工艺复杂。东风汽车股份有限公司新一代轻卡所用的前横梁地板，其特点是板料厚、拉伸深、工序多、产量大，计划年产量约10万件。为了降低模具制造及生产成本、提高模具的寿命，需对该制件的冲压工艺进行设计并优化。

2 制件特征

制件名称：前横梁地板，制件所用材质：热轧板SPHE，料厚2.3mm；外形尺寸：长宽高1,790×178×116mm。该制件为长条梁类件，拉伸深度达到117mm，生产难度大。制件形状及装车位置如图1 所示，该制件位于地板总成前端，前端与前围总成搭接，两端与左右侧围总成搭接，2-φ20mm 孔为车身地板的主定位孔，该制件还具有一定的承重作用。

新旧制件对比如表1所示。

图1 前横梁地板形状及装车位置

表1 新旧制件特征对比

新旧制件外形尺寸，各处特征基本一致，冲压工艺类似，新制件为适应新车型重新设计，法兰面由波浪式改为台阶式，压料面接近为平面，成形性更好。

3 冲压工艺设计优化

3.1 冲压工艺设计

汽车覆盖件冲压工艺设计的内容主要包括:审查制件结构的工艺性；确定最合理的工艺方案、工序数和顺序；确定毛坯的形状和外形尺寸，制定材料消耗定额；选定模具结构形式，选定毛坯和制件的送、下料方法和方向；压力机的型号、数量和生产流程。

AutoForm软件具有强大功能，可用于金属板材成形工艺和制件的数字化规划和验证，能够快速创建和评估工艺方案。由于软件可自动检测输入的CAD 零件数据的几何特征（例如翻边、孔、边界），因此可以非常快速地创建备选工艺方案，生产出满足制造规范和标准的高质量、低成本制件。该软件可提高工艺规划的可靠性以满足质量和成本目标，并可将工艺方案直接转化进行工艺设计和工艺验证实施。

在AutoForm 软件里，建立一个新文件，导入前横梁地板制件数模*.igs，选择板料厚度和材料牌号。开始进行工艺设计，确定冲压方向从拉伸工序开始，然后制定以后各工序的冲压方向。

（1）拉伸工序的设置：①拉伸方向不但决定了能否拉伸出满意的覆盖件，而且影响到工艺补充部分的多少，以及后续工序的方案。拉伸方向应尽量使拉伸深度差最小，保证材料流动和变形分布均匀。由于前横梁地板制件形状上有对称侧壁及法兰要求，决定了拉伸方向不能改变，将制件法兰面旋转至水平作为压料面，这样在制件进行拉伸成形过程中，拉伸稳定性好，如图2所示；②拉伸压料面、工艺补充的确定：压料面有两种：一种是压料面就是覆盖件本身的一部分；另一种是由工艺补充部分补充而成。压料面就是覆盖件本身的一部分时，由于形状是既定的，如图3a 所示，制件两端头法兰面作为拉伸工艺补充台阶面，但CAE分析结果该处出现侧壁开裂现象，如图3b所示，为了便于拉伸，将该处侧壁形状做局部修改，降低制件两端头侧壁拉伸深度，如图3c 所示，在后工序中进行整形以达到覆盖件凸缘面的要求如图3d所示。

图2 前横梁地板冲压方向确定

图3 前横梁地板两端头法兰面的确定

（2）修边冲孔工序安排及修边废料的分块：①修边就是将拉伸件修边线以外的部分切掉。修边方向选择首先要保证修边质量，修边方向设计时力求与拉伸件型面垂直，该夹角的大小一般不应小于75°，如果太小，材料不是被切断而是被撕开，严重的会影响修边质量；②由于覆盖件在修边模中的摆放位置只能是一个，如果采用修边冲孔复合工序，冲压方向在同一工序中可能有两个或两个以上。前横梁地板制件孔数量多，腹面和翼面（法兰面）及侧壁均有分布，侧壁上的孔安排在后工序斜楔冲孔，考虑到法兰面上的孔距离修边线过近，为保证修边序模具修边刃口的壁厚强度和耐疲劳强度，法兰面的孔也安排至修边序后的工序进行垂直冲孔。腹面上的孔分类考虑，冲孔方向与修边方向一致的孔，在修边序进行垂直冲孔，冲孔方向与修边方向夹角大于15°以上的孔，安排至后序进行斜楔冲孔；③修边废料的分块：该制件在人工流水线上生产，人工排除废料，修边废料在保证能落入设备废料通道的前提下尽量减少数量。前横梁地板制件废料为前后各3块，左右两端头各1块。

（3）翻边工序的安排：翻边工序设置于修边工序之后，主要是将制件边缘朝特定方向竖起。按翻边凹模的运动方向，翻边形式可分为垂直翻边、水平翻边和倾斜翻边三种。前横梁地板制件左右两侧各有一处向上的翻边和两处向制件后侧的翻边，由于上翻边和侧翻边同时进行的话有干涉，上翻边和侧翻边设置于不同的工序，侧翻边采用斜楔翻边。修边件在翻边工序中的定位，一般用工序件的外形、侧壁或制件本身的孔定位。

在充分考虑拉伸状态和保证后序冲压合理性的前提下，在Plan—Production 和Plan—Plan 中确定出前横梁地板的拉伸工序和各工序的内容，各冲压方向及设计出工艺补充，如图4所示。该制件的冲压工艺为：op10拉伸→op20修边冲孔→op30整形、翻边→op40冲孔、翻边，如图5所示。

前横梁地板CAE 分析结果显示该制件能够顺利成形，无起皱和开裂现象。

3.2 新旧工艺对比

新旧工艺对比如表2所示。

3.3 两种冲压工艺对比

（1）新旧工艺不同点。

图4 前横梁地板冲压工艺内容分布

图5 前横梁地板CAE分析结果

表2 新旧工艺对比

覆盖件冲压工艺的设计内容已经不再局限于简单的工艺排序及拉伸补充，而是深入到模具设计、模具制造、乃至模具及冲压件检查等各个方面。综合考虑可以对原工艺进行优化。

原冲压工艺在op20序工序内容的考虑为：制件上平面凸台上10-φ9mm，8-φ7mm 孔与冲压方向有17.5°的夹角，需要斜楔冲孔，为了兼顾修边，将该处修边设置为斜楔修边，如图6所示。

图6 前横梁地板原工艺op20序模具冲孔与修边布置

侧修边和侧冲孔在模具上共用一个大吊楔，结构复杂，加工量大。

新冲压工艺将op20 工序的侧冲孔内容调整到op40 工序，将op20 工序的两段侧修边优化为正修边，如图7、图8 所示。新工艺为沿周正修边，模具结构简单，取消了大斜楔。

图7 前横梁地板新工艺op20序模具修边布置

图8 前横梁地板新工艺op40序模具下模

新冲压工艺将op20 工序的侧冲孔内容调整到op40 工序，模具增加了4 处小斜楔，op40 模具结构变化不大。

（2）不同点带来的效果。

工艺优化后op20 序改为正修边90°，完全消除了该处产生的制件锐边及由于不正常的冲压方向造成的毛刺现象。模具制造成本降低，制造周期缩短。新工艺op20 序模具减少一处1,200mm×75°的斜楔，在op40序增加了3处150mm×75°和一处80mm×75°的标准小斜楔。

4 总结

通过上述分析，地板前横梁形状结构特殊，冲压工艺复杂。通过本次优化冲压工艺，优化了冲压修边角度和模具结构，降低模具制造成本及周期，提高模具寿命，降低模具故障率，且提高了制件质量。对类似结构制件的模具设计具有一定的参考作用。