一體式深拉延后地板CAE仿真分析及成形缺陷控制

文/羅宇·廣汽集團乘用車有限公司制造部

一體式深拉延后地板CAE仿真分析及成形缺陷控制

文/羅宇·廣汽集團乘用車有限公司制造部

CAE仿真分析技術在現(xiàn)代模具開發(fā)過程中的應用越來越廣泛，對于模具設計和調(diào)試的指導意義也越來越重要。將一體式深拉延后地板作為范例，展示整個仿真分析過程和缺陷控制的方法，可為此類后地板成形工藝的制定及缺陷控制提供一定借鑒。

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，車型更新?lián)Q代的周期越來越短，隨之而來的是模具設計和調(diào)試周期也需要相應地縮短。在這種情況下，利用CAE成形模擬技術進行沖壓工藝方案及成形性的分析與論證成為了最核心的技術。在汽車覆蓋件的沖壓領域中，后地板是車身外覆蓋件中的關鍵部件。由于本廠某車型底盤覆蓋件設計只分前地板和一體式后地板兩個零件，因此一體式后地板（圖1）為前凸后凹的設計，這種零件幾何尺寸大、形狀復雜，成形缺陷難以預測。

本文采用CAE技術就一體式后地板拉延成形過程進行了仿真模擬并制定了相應的成形工藝，針對比較常見的成形質(zhì)量缺陷進行預測，包括備胎倉開裂問題、備胎倉上部起皺問題、零件前部拉延開裂問題等，并針對這些問題采取工藝補充造型手段予以解決，為此類一體式后地板成形工藝的制定與缺陷控制提供一定的借鑒。

圖1 后地板零件示意圖

制作工藝補充面并根據(jù)軟件設定參數(shù)

⑴利用CAD軟件在數(shù)模的基礎上制作拉延工藝面，工藝人員根據(jù)經(jīng)驗設計工藝補充面及分模線走向。設計時的主要依據(jù)是零件的形狀和各部位拉延的難易程度。一個制件的工藝性、成形性及穩(wěn)定性的好壞，除產(chǎn)品設計因素外，很大程度取決于拉延工藝補充造型的設計，這將直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞、生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本以及材料的利用率。

⑵一體式后地板零件的第一次工藝補充面設計，如圖2所示，將設計好的模面導入CAE分析軟件中進行分析。初次工藝補充面的設計思路是盡量以吻合零件數(shù)模的狀態(tài)進行設計，避免后序的整形及二次拉延，根據(jù)零件成形時材料流動的情況設計拉延筋的大小及位置。其次，進行沖壓方向、壓邊力、板厚、材質(zhì)等參數(shù)的設置，所有設置完后開始進行如圖3所示的分析。

圖2 設計好的工藝補充面及分模線走向

圖3 設置好上下模及相關參數(shù)

⑶根據(jù)分析結果，零件兩側臺階處有很嚴重的開裂現(xiàn)象（圖4），為解決此問題需要調(diào)整成形工藝?？紤]到零件兩側的拉延成形量較大，拉延高度為120mm，R角較小只有25mm。因此，在零件兩側臺階處不進行1次拉延成形，而是采用整形工藝，即把拉延深度降低，后序再進行整形（圖5）。這樣既降低了拉延的高度，也使壓邊圈趨勢比較平緩，能夠改善零件兩側拉延開裂的現(xiàn)象，見圖6。

⑷按照此方案進行數(shù)值分析，零件兩側開裂的現(xiàn)象成功消除，見圖7。

圖4 分析結果

圖5 曲面

圖6 過拉延工藝的拉延補充面

圖7 拉延分析結果

⑸檢查拉延過程中發(fā)現(xiàn)離閉合高度約30mm的位置零件兩側起皺嚴重，尤其是零件左側很難將起皺部位展開，見圖8，經(jīng)過分析決定通過修改工藝補充面改善起皺問題。

圖8 閉合高度前30mm狀態(tài)

圖9 修改后的工藝補充面

圖10 閉合高度前30mm狀態(tài)

⑹成形過程備胎倉材料流入較大，導致備胎倉周邊材料過剩堆積，但零件兩側外部形狀較少，尤其是零件左側，無法吸收堆積的材料。如果零件兩側采取拉延筋鎖死控制材料流入的辦法，備胎倉成形時必然會開裂。為解決這個矛盾，在起皺嚴重的零件兩側材料流入側追加2個凸包（180mm×97mm×35mm），詳情見圖9，用以吸收成形時流入的材料，同時調(diào)整凸包外側的拉延筋改變該區(qū)域的材料流入量，達到既解決零件該處起皺又有效控制備胎倉開裂的目的。從調(diào)整工藝后分析結果看，零件還存在部分開裂（圖11），這些缺陷可以通過調(diào)整拉延筋消除，由此確定工藝補充面及分模線。

圖11 修改后的拉延分析結果

調(diào)整拉延筋解決零件表面缺陷

為實現(xiàn)拉延筋調(diào)整的便利性，在分析后地板成形性時采用虛擬筋進行分析，可在CAE軟件上比較方便地實現(xiàn)調(diào)整拉延筋的大小和類型，從而控制材料的流入量來消除零件的缺陷。

觀察成形分析后的零件狀態(tài)，備胎倉處開裂較嚴重。針對此問題，調(diào)整后側和兩側偏后的拉延筋鎖緊力。此外，零件前側的拉延不夠充分（主應變小于2％），對此需要增加前側的拉延筋鎖緊力。經(jīng)過多次調(diào)整后，兩側的零件參數(shù)由0.8mm調(diào)整至0.6～0.7mm，后側的參數(shù)由0.5mm調(diào)整至0.3～0.4mm，前側的參數(shù)由0.3mm調(diào)整到0.5mm。對以上拉延參數(shù)進行調(diào)整后，備胎倉處開裂和拉延不充分缺陷得到了改善。

整個分析過程中針對每個缺陷的對策調(diào)整不是都有效，因此共進行了約10版成形分析，但此處因為篇幅所限沒有將每1版的分析結果進行說明。如最終的分析結果所見，并不能把所有的缺陷消除，需要模具制作完后依靠鉗工對零件成形缺陷進行改善。CAE仿真分析可以從仿真過程和分析結果中清楚體現(xiàn)零件的成形缺陷，針對各種缺陷反復調(diào)整成形工藝，有效避免重大零件缺陷，并能有效指導模具的調(diào)試，縮短了整個模具的調(diào)試周期。

羅宇，新車型導入技術員，從事汽車外覆蓋件的工藝規(guī)劃、工裝模具導入等工作。

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