翼子板是汽車車身中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的零件之一，零件質(zhì)量直接影響裝車及整車開發(fā)進度。如果在前期工程階段，零件結(jié)構(gòu)設(shè)計不良會導(dǎo)致后期產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更改，模具調(diào)試周期長，嚴重影響整車開發(fā)周期。

因此在前期產(chǎn)品設(shè)計階段需要對翼子板的翻邊結(jié)構(gòu)進行分析，同步工程分析時需要進行精確的CAE模擬，以選擇合適的翻邊結(jié)構(gòu)及規(guī)劃合理的翻邊工藝，避免后期的零件成形產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。

圖1所示是某轎車翼子板，圖2所示列舉了后期模具開發(fā)過程中經(jīng)常遇到前保險杠處的圓角開裂、翻邊起皺、A面凹凸及圓角不順等質(zhì)量缺陷。

常見的翼子板前保險杠處結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同車型的屬性要求，翼子板與前保險杠的匹配安裝結(jié)構(gòu)存在一定差異，一部分車型前保險杠Y向安裝點在翼子板上，另一部分車型前保險杠Y向安裝點在支架上，支架與翼子板焊接在一起。按照這種分類方法，翼子板前保險杠處的結(jié)構(gòu)可以分為2類：一類為帶有法蘭面的整形結(jié)構(gòu)；另一類為不帶法蘭面的翻邊結(jié)構(gòu)（見圖3）。

通常情況下，帶法蘭面的整形結(jié)構(gòu)主要用于整形深度小于30mm且形狀相對簡單的情況；不帶法蘭面的翻邊結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在翻邊深度超過30mm，翻邊容易起皺的情況。

二

常見結(jié)構(gòu)工藝分析

1

帶法蘭面整形結(jié)構(gòu)工藝分析

圖4所示為某車型翼子板前保險杠處結(jié)構(gòu)，整形深度約33mm，法蘭面寬度約66mm，鈑金材料為DC54D+Z。分為5道工序成形，初步設(shè)定此位置處工序內(nèi)容為：①拉深；②修邊；③整形；④沖孔；⑤側(cè)沖孔。

翼子板前保險杠處型面在工序①過拉深出部分圓角，主要型面在工序③一次整形到位，通過CAE仿真軟件AutoForm建立有限元模型對全部工序進行成形模擬分析。

01

板料為DC54D+Z，其屈服函數(shù)如下：

板料厚度為0.7mm，材料參數(shù)為n=0.22，r=1.54，k=537.2，αs=160MPa，αb=309.6MPa。

02

板料采用等向指數(shù)強化模型，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系數(shù)學(xué)表達式為：

α=K?ε^n

式中：α——應(yīng)力；K——硬化系數(shù)；ε——應(yīng)變；n——硬化指數(shù)。

03

有限元分析模型建立。利用AutoForm軟件自動進行工具體網(wǎng)格單元劃分，并建立拉深工序及整形工序有限元模型，如圖所示5，模型中凸模、凹模、壓邊圈、壓料芯、整形刀塊設(shè)為剛性材料，分析中采用彈塑性殼單元理論，網(wǎng)格進行自適應(yīng)4級劃分。

圖5 拉深及整形有限元分析模型

為減少計算時間，拉深筋簡化為等效模型（虛擬筋）。拉深行程為100mm，壓邊力為1200kN，板料與模具各零件間的摩擦因數(shù)取為0.15，成形速度V=1m/s。

（a）距到底3 mm

（b）距到底1 mm

圖6 整形分析法蘭面起皺結(jié)果

由于整形量大，零件形狀復(fù)雜，整形CAE分析起皺嚴重，如圖6所示，工程師反饋已無法再降低整形深度，只能通過工藝解決。經(jīng)反復(fù)嘗試，整形時在上模增加壓料板，外側(cè)壓住板料后再整形的效果較為理想，起皺問題得到明顯改善。

圖7 帶法蘭面壓料整形方案工藝簡圖

（a）距到底3 mm

（b）距到底1 mm

圖8 帶法蘭面壓料整形分析結(jié)果

圖9 實際模具成形的零件

圖7所示為壓料整形方案；圖8所示為壓料整形分析結(jié)果；圖9所示為按照壓料整形的工藝加工的模具成形的零件，無起皺現(xiàn)象，滿足零件質(zhì)量要求，此壓料整形方案可行，可以應(yīng)用于后續(xù)類似結(jié)構(gòu)的翼子板上。

2

不帶法蘭面的翻邊結(jié)構(gòu)工藝分析

圖10 不帶法蘭面某車型翼子板前保險杠處翻邊結(jié)構(gòu)

圖10所示為某車型翼子板前保險杠處結(jié)構(gòu)，整形深度約47mm，板料為DC54D+Z。由于此翻邊太深，若直接翻邊成形會嚴重起皺，初步設(shè)定直接采用外側(cè)先壓料后整形的工藝，CAE模擬分析仍然起皺嚴重（見圖11），說明壓料整形方案針對深度太深的結(jié)構(gòu)不適用，需要考慮其他方案。

圖11 不帶法蘭面壓料整形分析結(jié)果

圖12 托料翻邊結(jié)構(gòu)

結(jié)合以往車型鈑金件開發(fā)經(jīng)驗及此翼子板翻邊結(jié)構(gòu)的特殊性，此處可以考慮增加下部浮動托料板（通過氮氣缸來實現(xiàn)）進行壓料翻邊，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖13 托料翻邊模具成形的零件

經(jīng)過CAE模擬分析驗證，此方案整體可行，僅在A面（圖11中橢圓處）過渡劇烈位置側(cè)壁仍存在輕微起皺，圖13所示為實際模具托料翻邊成形的零件，側(cè)壁僅存在輕微起皺，驗證此方案可行，可以應(yīng)用于后續(xù)類似結(jié)構(gòu)的翼子板上。

三

常見結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)

表1 帶法蘭面整形結(jié)構(gòu)設(shè)計參考斷面

設(shè)計的好壞直接影響成形工藝，通常情況下，帶法蘭面的整形結(jié)構(gòu)主要用于整形深度小于25mm且形狀相對簡單的情況，建議結(jié)構(gòu)斷面參考表1進行設(shè)計，且表中L2及L3要加工成相等深度，不然整形過程中會出現(xiàn)起皺。針對汽車外表面起伏較大的特殊情況，零件還需要考慮增加工藝缺口。

圖14 增加工藝缺口

由于零件結(jié)構(gòu)等特殊原因，翼子板前保險杠處深度需大于30mm，建議搭接結(jié)構(gòu)做成翻邊加支架的形式，有利于改善翻邊成形性，同時翻邊深度盡可能等深（基于沖壓方向），防止翻邊整形過程中出現(xiàn)起皺及開裂等缺陷。針對橢圓處起伏較大的特殊情況，翻邊成形容易起皺及開裂，零件還需要考慮增加合適的工藝缺口