冲压同步工程在翼子板开发中的实际应用

2020-03-11丁文军

锻压装备与制造技术 2020年1期

丁文军，卢桥，徐肖

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601）

传统的汽车开发流程采用串行工程的方法，由于不能在产品开发初期考虑产品工艺性、产品质量、及制造工艺性等问题，导致后期产品设计更改量大，开发周期长，生产成本高，无法适应市场竞争的要求[1]。为适应汽车行业全球愈发激烈的竞争环境，近年来，同步工程（SE）的理念已逐步被我国主机厂接纳并深入推广。制造工艺的同步工程就是将工艺设计与产品设计并行开发，在产品数模冻结之前挖掘产品和工艺存在的问题并及时整改，以减少后期由于设计变更而造成的成本浪费，在产品设计阶段发现并解决大部分问题，如图1所示[2-3]。

本文以现有某车型翼子板开发为例，在产品开发阶段，通过冲压工艺性审查、模具结构可行性分析、CAE软件仿真模拟，查找出零件问题，反馈产品设计，并提供有效的措施和方案，提升产品设计质量。

1 翼子板简介

翼子板材料选取DC56D+ZF材质，厚度为0.7mm，零件长822mm，宽489mm，高113mm。根据产品功能需求，在翼子板上增加了一个新能源车型充电口。翼子板结构造型及各区域结构形状如图2所示，材料性能参数见表1。

图1 开发模式对比问题点发生曲线图

图2 翼子板各区域特征图

表1 材料力学性能参数

2 工序规划

本文所述翼子板为带充电口的新能源车型翼子板，为节省工装模具开发成本及提高生产效率，工序排布优选四序，一般翼子板工序排布为：OP10拉延，OP20修边+侧修边+冲孔，OP30翻边+整形+侧冲孔+侧整形，OP40侧整形+冲孔[4]。本文翼子板四序无法实现，主要影响因素为：区域1前侧尖角特征处尖角部分强度弱，尖角两侧无法再同一工序实现翻边整形；区域7后侧尖角特征处为包角造型，尖角处需要后序单独侧整形实现；区域5处为充电口特征，此处若要四序实现，必须第二序完成冲孔，第三序完成整形，但是在第四序对区域6与前门配合区域处侧整形时，压料空间明显不足。因此此翼子板规划使用五序冲压生产实现。具体工序排布为：OP10拉延，OP20修边+侧修边+冲孔，OP30翻边+整形+侧冲孔+侧整形，OP40翻边+整形+冲孔+侧冲孔+侧整形，OP50侧翻边+整形+冲孔+侧冲孔。

3 翼子板斑马线反射曲率检查

翼子板外造型面为A面，产品质量要求比较严格，首先需要对翼子板通过使用UG NX6.0软件中的面反射曲率功能检查A面质量，如图3所示，可以看出图3a中局部斑马线不顺，产品设计质量有缺陷，反馈产品设计部门，优化A面质量，最终产品数据的斑马线审查结果如图3b所示。

图3 优化前后A面数据斑马线审查结果

4 冲压工艺性审查

4.1 冲孔可行性审查

对翼子板的冲孔角度及可行性审查分析，确保在有限的工序内合理的排布工序，保证冲孔实现。区域2与前保杠配合区域如图4a所示，区域2通过工序排布规划，要在OP40整形，OP50冲孔，因此只能在最后一道工序完成此区域所有冲孔。

以车身负Y向为冲压方向，图4b、d中数字为孔所在面与冲压方向角度，图4a中正冲三个孔的角度为20°～23°，冲孔角度过大，正冲孔质量差且影响冲头寿命。此处冲孔角度需要调整，将冲孔角度调整至与车身Y向角度在10°以内，保证冲孔质量。正侧冲孔需要在同一工序实现，图4a中可以看出正侧冲孔干涉，需要调整正侧冲孔位置，保证正侧冲孔完全错开20mm以上。优化前后产品如图4c所示。

图4 优化前后翼子板与前保杠配合区域对比

4.2 产品质量审查

区域4与门槛配合区域造型A面下方筋过深，与相邻面起伏较大，冲压成形过程中容易影响A面面品质量，需要优化此处面的形状，将A面下方R角处做顺，筋离R角根部留不小于2mm间距。优化前后产品如图5所示。

图5 翼子板与门槛配合区域优化前后

区域6与前门配合区域造型A面下方面急剧变化，不利于成型，容易影响A面面品质量，需要将过渡面做缓，使得成型过程平缓进行。优化前后产品如图6所示。

图6 翼子板与前门配合区域下侧优化前后

图7 翼子板与发盖侧配合区域截面示意图

区域8与发盖配合区域侧整形时，考虑有利于A面面品质量方面，斜楔冲压方向为与车身负Z向成10°夹角，此时下侧侧壁在斜楔方向上有10°冲压负角，因此需要优化此处产品结构，将下侧侧壁打开13°角，打开角度后，下侧侧壁与斜楔冲压方向有3°夹角，此夹角是考虑实际成型后产品回弹补偿。

区域8侧整形时，根据以往车型冲压经验判断，此区域易发生回弹[5]。进行冲压工艺性审查时，对此区域进行防回弹处理，如图8所示，在R角上增加防回弹筋，增加回弹变形抗力。

图8 翼子板与发盖侧配合区域图

4.3 模具结构可行性审查

4.3.1 尖角侧翻边角度检查

翼子板区域1为尖角包角造型，需要单独的斜楔完成此处包角造型的实现，在产品设计阶段，需要验证模具结构实现的可行性，考虑尖角处模具强度问题，包角造型的斜楔冲压角度如图9所示，可以看出此包角角度过大翻边无法实现。根据包角处冲压角度，需要调整翻边面角度，使得在此冲压方向翻边面无负角，能顺利实现尖角处翻边。

4.3.2 斜楔回退检查

翼子板尖角处侧翻边一般需要进行回退验证分析，保证模具结构的顺利实现，在回退时，一般回退到保证翼子板取件无干涉，如图10所示，在进行回退后零件取件干涉，干涉区域需要切除，保证尖角处翻边实现后板件的顺利取出。

图9 翼子板尖角处

图10 翼子板尖角处回退模拟及数据优化

4.3.3 翼子板上部侧整形面的回退行程验证

翼子板上部发盖侧的侧整形也需要进行回退行程的验证，以确保侧整形模具结构顺利实现。如图11所示，大致模拟侧整形结构回退状态，首先根据经验数据假设侧整形处模具滑块的厚度B最少40mm，压料面宽度A最少50mm，通过行程模拟的得出回退无干涉最小行程S为45mm，如图12所示。最后初步模拟斜楔回退状态可以看出，斜楔在回退时与零件干涉。通过减少翻边深度E和切除干涉区域优化产品数据质量，优化前后对比见图13。

图11 翼子板发盖处侧整形回退模拟

图12 翼子板发盖处侧整形行程确认

图13 翼子板发盖处侧整形优化前后对比

4.3.4 与车门配合处模具结构侧整形可行性验证

区域6为此处侧整形位置，侧整形压料面宽度最少需要50mm，否则容易造成在侧整形过程中压料不充分产生的A面质量缺陷。在充电口附近区域，如图14此处充电口距离门侧边界距离L为40mm，压料区域不足。因此此处产品结构需要调整满足冲压工艺需求，将L的距离增大到最少50mm，如图15。

图14 翼子板充电口到前门处距离

图15 翼子板前门处侧整形示意

4.3.5 区域3轮眉下方侧整形模具结构可行性验证

区域3轮眉处的侧整形斜楔一般使用旋转斜楔，与前门处的旋转斜楔在空间结构要有一定的距离，保证模具结构的强度，即A厚度最少40mm，如图17。为保证A≥40，两侧旋转斜楔的最小距离L需要保证不小于200mm。如图16所示，本文翼子板此处距离仅为122mm，在同一工序下无法实现此结构造型，需要移动区域3轮眉侧整形位置，使L≥200mm。

图16 翼子板轮眉处侧翻边

图17 旋转斜楔位置示意图

4.4 CAE全工序模拟分析

4.4.1 拉延工序模拟分析

通过使用CAE软件对翼子板零件进行拉延模面快速建模设计并迭代分析，如图18所示，针对分析结果，从成型极限图、减薄率、塑性应变、滑移线等多方面评价拉延分析结果[6]。一般翼子板结果评价标准如下[7]:①针对成型性能图，不允许出现破裂区域；破裂风险区，如在产品面内，应尽量改善或解决。②减薄率≥3%，在A面拉延区域，要求材料的减薄率在3%以上，保证拉延成形时尽可能的使板料充分变形。③塑性应变≥4%，否则有可能产生回弹缺陷；另外对于外板零件的平坦处，需要保证主应变＞2%，次应变＞0，这样就能保证零件是处于胀形状态，产生表面缺陷以及尺寸回弹的几率会小很多。④无滑移线和冲击线产生，对于外板件当面夹角≤170°、R≤20mm时需检查棱线滑移状态，检查滑移线与冲击线，确保在A面区域无冲击线和滑移线。根据翼子板CAE分析结果评价标准，最终拉延成型结果满足评价标准，如图19所示。