数字化网格分析技术在汽车覆盖件冲压中的应用

2021-01-25彭周陈寅张占国魏星宝武集团中央研究院汽车用钢所

锻造与冲压 2021年2期

文/彭周，陈寅，张占国，魏星·宝武集团中央研究院汽车用钢所

针对某一汽车覆盖件，通过对其进行数字化网格分析，根据相关图形化软件模拟出零件的应变分布和厚度减薄率，分析出零件冲压后出现局部成形性不足的原因，并提出改进措施，还能在此基础上有效完成覆盖件冲压成形分析并指导模具工艺优化。

汽车覆盖件是汽车车身制造的重要组成部分，具有严格的尺寸精度和表面质量要求。其冲压成形成功与否，很大程度上取决于对特定加载条件下薄板材料变形行为。在板料加工过程中，因应变分布的差异会造成板料表面破裂、起皱等缺陷。因此精确计算出成形不同区域的应变值对于研究各种板料冲压缺陷有实际的应用价值。

针对覆盖件在冲压生产中出现的局部成形性不足，采用网格图像分析法对缺陷区域的网格进行分析和计算，量化该区域的材料变形行为；并结合具体的材料性能和冲压工艺，对冲压缺陷产生的原因进行分析与讨论。

网格分析法

网格技术是金属薄板成形分析的主要工具，通过在金属板料表面印制坐标网格，分析变形前后网格尺寸的变化，从而得到板料的应变大小与分布范围。数字化网格分析技术是在传统网格技术的基础上，基于计算机视觉系统的强大图像处理能力来进行自动应变测量。在众多相关产品中，德国VIALUX 公司的AutoGrid® Strain Analysis System 是一套基于四镜头数码相机的便携式网格应变测量系统，在现场应用中有独到优势。

在汽车覆盖件冲压前，将板料表面印制上方形网格。经过冲压成形后，获得有方形网格的完整零件，如图1 所示。利用四镜头的数码相机拍摄照片，然后系统自动对拍摄得到的四张图像进行分析计算，获得空间相机的坐标位置，建立每张照片之间的空间关联，从而获得每个零件表面方形网格节点的空间坐标值，相临的3 个节点可以计算该位置的局部应变，如图2所示，由此可以得到整个零件范围内的应变分布。利用所采集到的数据能完成成形过程优化、数字仿真板料成形等系列分析。

图1 零件表面方形网格

图2 选取相临的3 个节点

图3 背门上部零件成形性不足区域

覆盖件冲压缺陷问题分析

图3 为国产某车型背门上部零件，冲压成形后零件表面产生了局部明显的成形性不足缺陷。该零件选用牌号DC04、厚度规格为0.7mm 的冷轧板，材料屈服强度为154MPa，抗拉强度为300MPa，材料延伸率为41%，硬化指数为0.218。由图3 可以看出，该覆盖件为中心线对称的零件，但是网格分析后发现A、B 区域的成形不足面积明显要小于C、D 区域，而此零件冲压的模具为单动模具，模具压边力应该均匀分布，这说明该零件模具在AB、CD 两端的模具间隙有差异。在后继试生产中，需将模具两端的模具间隙调整一致。

采用AutoGrid® Strain Analysis System 数字化网格分析系统，对A、B、C、D 四个成形性不足的区域进行网格应力应变分析。图4 所示为四个区域的厚度减薄率分布，按照该汽车厂零件生产技术要求，将减薄率分布云图标示为红色区域、渐变色区域和紫色区域，零件表面正常区域为红色区域和渐变色区域，紫色区域则为零件表面成形性不足区域。

图4 四个区域的厚度减薄率分布

图5 调整后四个区域的厚度减薄率分布

结合图3 和图4 可以看出： A、D 两个区域都位于零件较边缘部位，出现集中的成形不足区域。这说明由于零件边缘的压边力不够，没有将板料边缘的板料压住，所以不能有效控制材料的流动方向。要改善这一情况，冲压时需加大压机的压边力。B、C 两个区域主要是在零件中间部位，出现成形不足区域，这说明该区域中间部位的板料流动性不足。

通过图3 中零件的外形可以看出，B、C 区域均包含有两个阶梯台面，可以判断出是由于阶梯台面的边缘R 角过小，导致阶梯台面的板料被R 角限制了流动性。改善这一情况的建议是，需将阶梯台面R角调大。