纵梁前端加强板成形仿真及缺陷处理

高 飞，张 晔，王 帆

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

1 引言

随着汽车工业的快速发展，汽车行业的竞争日益激烈，新车型的开发时间越来越短，同时对制件的质量要求也是越来越高。汽车冲压模成形工艺方案的选择至关重要，不合理的成形工艺方案不仅会增加生产准备成本，而且会影响到最终制件的成形质量，因此，模具成形工艺方案的确定是模具设计制造的首要关注点，它是一切后续工作开展的基础。本文以某车型纵梁前端加强板为研究对象，排布工艺方案，基于Autoform 分析软件，建立成形模型。对拉伸出现的开裂缺陷进行重点分析，提出最佳解决方案。

2 制件特点

此制件为内板件，外形如图1 所示，材料为汽车覆盖件常用材料B210P1，料厚为1.2mm，外形尺寸为455×355×40mm，该制件为左、右对称件。制件一侧有翻边，考虑翻边受力平衡，采用左、右对称两件连体成形，制件外形不规则，以拉伸为主要成形方式。

图1 制件图

3 制件成形工艺设计

此制件为左、右对称件，形状较复杂且存在单侧翻边，经过对制件进行分析，依据制件形状特点及成形精度要求，选择平均法向为冲压方向，初步确定成形工艺方案为：第一工序拉伸，第二工序修边冲孔，第三工序剖切冲孔，第四工序翻边，共4工序完成冲压成形。以小翻边面展开为中间连接部分，翻边展开料尺寸最小位置加10mm的修边线余量。

3.1 拉伸压料面设计

拉伸压料面一般要设计为大致随形，对材料进行预成形，在Autoform 中压料面的设计通常有4 种方法：①断面线法，通常采用断面线法能够很好地实现随形预成形；②蝴蝶面法，应用在一些比较复杂的制件，根据成形要求在某个角部需要折一个异曲率的面；③压料面法，运用在一些制件法兰面可以直接应用，作为拉伸成形的压料面使用；④修剪制件法，主要针对的是一些制件的高度较大，需将制件局部进行修剪，降低成形高度。按照制件形状特征，该制件适用断面线法。

在拉伸压料面设计前，先要进行制件外部光顺填充，初始选择自动填补，这种填充效果在后续成形过程中并不理想，需要做细化处理，选取线条的端点移动，线条的端点处实现与选取的边界相切。删除多余的点，仅留一个点作直角拐点用，做成平直线，用于后续中间补充顺畅。同理方法完成其余各处的外周补充，填充内部空洞，两件连体，完成中间补充，结果如图2所示。

图2 拉伸压料面设计效果图

3.2 工艺补充设计

工艺补充设计参数分别为上凹模圆弧为R10mm，下入模口圆弧为R8mm，拔模角度为8°，如图3 所示。凹陷区域尽量做高，局部內凹坑包进行优化处理，设置成与高位一致平齐的形状，有利于拉伸成形。在工艺补充面完成之后，进行翻边展开，显示翻边展开线的位置，便于在模拟仿真前对修边余量的检查，拉伸模型如图4所示。

图3 工艺设计参数

图4 拉伸模型图

4 仿真模拟

仿真模拟首先进行生产线的设置，主要有工具体的基准面、工序冲压行程等，完成拉伸、修边冲孔、剖切冲孔、翻边各个工序的仿真工具体设置。

4.1 拉伸工具体模型

采用单动拉伸成形，工具体特点是上滑块带动上凹模，下工作台设置有压边圈和下凸模。运动过程中下压边圈首先抬起一定距离，高于下凸模顶面10mm，保证与上凹模首先压料，压住料后一起下行，实现凸凹模逐步成形。压边圈是控制受力状态，行程设置为350mm，力设置为3MPa，采用自适应力，如图5所示。

图5 拉伸工具体模型

4.2 修边冲孔工具体模型

修边冲孔序选择投影方向，按照模具结构设计分块原则，进行分块修边、冲孔、剖切工艺设计，该件修边线较为复杂，工艺设计主要考虑废料的取料方式，确定分两工序完成修边、冲孔、剖切，如图6所示。

图6 修边冲孔工具体模型

4.3 翻边工具体模型

该工序将制件的侧翻边部分侧翻到位，翻边角度接近90°，工艺设计重点是翻边镶块R角处的处理，以便消除R角处的压痕。上模压料芯先下行压料，上翻边镶块与下模镶块互相作用，实现翻边成形。上模压料芯为控制受力状态，先下行压料，行程设置为300mm，坯料由翻边下模型面定位，成形时翻边上模与翻边下模相互作用，左右件同时成形。翻边结束后，顶料汽缸顶起制件，取出制件，翻边工序结束，最终制件成形，如图7所示。

图7 翻边工具体模型

5 运算分析

设置好相应参数，在运算分析时，开裂、起皱较为严重，数据结果显示成形不充分。首先选择加大坯料尺寸，重新模拟，成形结果改善不明显。为进一步提升成形质量，选择圆形拉伸筋并不断完善，逐步设置变系数拉伸筋，如图8所示。通过变筋模拟成形分析可以看出，该成形结果有较为明显的改善，但局部依然存在开裂区域，需要分区域逐项解读，如图9所示。

图8 变筋拉伸筋

图9 变筋拉伸模拟结果

5.1 开裂解决措施

针对开裂问题，按照开裂的不同区域，可以采取3种解决方案：①根据制件存在两个大的长圆孔的特点，设置破料刀，给侧壁处提供进料，到底前15mm 开始刺破，如图10所示，模拟结果显示增加破料刀后，解决了局部区域开裂的问题；②在开裂部位设计储料包，后序整形。对于成形开裂位于中间部位需增加储料包，设置两个储料包后模拟开裂消除，如图11所示；③对于开裂位置位于初始走料部位，且此区域位于制件外缘，后序整形工序材料变形不受限，采用加大R角、增大拔模角的方式消除开裂，如图12所示。

图10 破料刀设置

图11 储料包设置

图12 R角/拔模角设置

5.2 回弹分析

基于前面的工艺设计及仿真模拟，进行翻边整形工序后回弹分析，以导入的工具体为参考对象，回弹约束为自由回弹模式。数据分析显示，回弹数值在-0.5～+0.5mm 范围内，汽车冲压件回弹结果控制在此范围内，无需进行回弹补偿，如图13所示。

通过工艺设计及仿真模拟，最终确定工艺成形方案：第一工序拉伸，第二工序修边冲孔，第三工序剖切冲孔，第四工序翻边，如图14所示。

图14 成形工艺

6 模具及材料要求

该制件共开发4副模具，分别为：拉伸模、修边冲孔模、剖切冲孔模、翻边模。模具材料均选用冲压模具常用材料，拉伸模上模、下凸模、压边圈采用MoCr铸造，表面淬火硬度48～52HRC；修边冲孔模上模座、下模座、退料板采用HT300 铸造，修边上模、修边下模、废料刀采用火焰淬火钢7CrSiMnMoV，淬火硬度58～62HRC；翻边模上模座、下模座同样采用HT300 铸造，翻边上模、翻边下模、压料芯采用Cr12MoV 锻造，淬火硬度56～60HRC。模具制造过程无质量异常，拉伸模验证调试成形顺畅，修边冲孔模出现废料卡于废料刀之间不易取出的现象，通过钳工消除了卡废料问题，最终冲压件质量稳定，可满足批量冲压生产。

7 结束语

本文基于Autoform 的分析方法，对制件全工序成形过程分析提供可靠的预模拟方案。实践证明，该制件冲压工艺方案确实可靠，能够满足制件的生产需要，降低了模具开发的风险及制造成本，缩短了模具的开发周期。同时通过分析总结出了开裂的3种解决方案，分别为设置破料刀、储料包、加大R 角增大拔模角，为以后此类制件的模具开发积累了宝贵的经验。