汽車B柱加強板工藝分析及回彈控制方法研究與應用

文/謝國文，楊建，劉裕中，李夢瑤·廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院

本文以某車型HC420/780DP B柱加強板為例，通過AutoForm、Pam-Stamp兩款軟件分析對比，對該零件工藝設計、回彈分析、回彈補償及零件調試進行總結。結果表明，目前沖壓分析軟件對零件的成形性及回彈分析具有一定指導意義。前期設計階段通過軟件的模擬進行回彈補償，可大量減少零件現(xiàn)場調試時間，縮短模具開發(fā)周期。

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和激烈競爭，汽車安全性、輕量化、節(jié)能減排的要求不斷提高，B柱加強板無論在汽車輕量化還是安全性方面都是一個需要優(yōu)化的重點零件。目前主流車型B柱加強板主要有兩種設計思路：一是該零件采用熱成形，此方案在滿足碰撞要求的情況下，減重效果比較突出，零件質量比較容易控制，但該方案零件成本較高；二是該零件采用高強度鋼板，板料強度越高，在滿足碰撞要求的情況下減重越明顯，且較熱成形零件相比成本較低，缺點是超高強度鋼板的成形性較差且回彈明顯，零件質量控制是其主要難點。以下主要針對采用高強度鋼板形式的某車型B柱加強板的質量控制進行分析研究。

零件分析及工藝方案分析對比

零件分析

圖1所示為某車型B柱加強板，零件輪廓尺寸為1410mm×550mm×230mm，該零件材質為HC420/780DP，料厚為1.5mm，材料參數(shù)如表1所示。

制定工藝方案

為了保證B柱內板工藝的合理性，使產品的成形性及回彈控制更加優(yōu)化，前期通過經驗制定了工藝方案一：通過AutoForm軟件對其進行仿真分析，發(fā)現(xiàn)零件拐角處出現(xiàn)開裂情況，該方案不可行。最后通過優(yōu)化壓料面形狀，制定更為合理的工藝方案一補充，具體過程如下。

圖1 產品零件圖

表1 HC420/780DP 材料參數(shù)

⑴零件主體形狀一次拉深到位且全部放置在凸模上。

⑵壓料面低于零件形狀最低點5mm，主體弧度與零件形狀大體一致。

⑶零件所有邊界區(qū)域采用封閉拉深，具體工藝補充如圖2所示。

圖2 方案一產品工藝補充

工藝方案一補充主要優(yōu)勢分析

⑴零件主體形狀一次拉深到位，避免了因為零件材料強度較高，后序翻邊整形造成零件質量偏差等問題，降低了零件調試難度。

⑵零件所有輪廓放置在凸模上，保證零件法蘭區(qū)域變形充分，且避免模具壓料面的整改，降低了模具調試難度。

⑶壓料面主體形狀與零件形狀大體一致，保證零件在拉深過程中，各區(qū)域材料流動盡量一致，避免因過大材料流入不均勻造成的零件扭曲。

工藝方案一補充成形分析結果

該方案零件成形較充分，但圖3中紅色區(qū)域內出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。此處開裂主要是由于材料在拐角部位補料不足導致，為此需要制定更合理的方案解決此處開裂問題。

圖3 方案一分析結果

工藝方案二優(yōu)化過程

為了解決工藝方案一補充中的轉角開裂問題，制定了將壓料面抬高至B柱法蘭面的工藝方案二（圖4）。

圖4 方案二產品工藝補充

工藝方案二主要差異點在于：首先零件下端（大頭）區(qū)域法蘭邊放置在壓料面上，其余位置放置在凸模上，解決了零件轉角部位開裂問題。其次零件端頭工藝補充區(qū)域采用半開口拉深，這進一步降低了零件開裂風險。

工藝方案二分析結果

經過成形性分析，方案二解決了零件開裂問題（圖5）。經后工序整形后，零件質量可控，因此確定采用此方案進行工藝開發(fā)。

圖5 方案二分析結果

零件回彈分析及回彈補償

此零件的難點在于回彈控制，準確的回彈分析及合理的回彈補償可大量的降低零件調試難度、縮短模具開發(fā)周期、降低模具開發(fā)費用。以下對此零件的回彈分析過程及回彈補償方法進行詳細的介紹。

回彈分析

為了提高回彈補償準確性，此零件的回彈分析分別使用了Pam-Stamp、AutoForm軟件進行分析對比，軟件均采用殼單元進行分析計算，并使用相同材料參數(shù)。

基于以上條件，兩款軟件回彈趨勢相同，分析數(shù)值接近，偏差在2mm內，詳細回彈結果如圖6所示。據(jù)此認為零件回彈分析結果可靠，可在此基礎上進行回彈補償及開展后續(xù)工作，基于過往項目經驗，確定后期回彈補償工作及進一步回彈分析主要以Pam-Stamp為主開展。

圖6 Pam-Stamp及AutoForm 回彈分析結果

回彈補償

基于前期回彈分析結果，確定此零件為全工序補償，其主要補償流程為：

⑴根據(jù)零件最終回彈情況確定零件基準區(qū)域，基準區(qū)域確定應主要考慮兩點：首先基準區(qū)域應選擇在零件回彈較小、較穩(wěn)定區(qū)域；其次基準區(qū)域選擇時應考慮盡量以最小的回彈補償量為基準。

⑵確定好補償基準后，對回彈后的最終零件與理論零件狀態(tài)進行擬合對比。根據(jù)對比情況確定補償數(shù)據(jù)，反復補償計算，滿足零件狀態(tài)后進行后工序補償。具體補償面如圖7所示。

圖7 零件回彈補償面

用后一工序分析前一工序回彈后狀態(tài)進行補償，最后一工序為理論零件狀態(tài)。經回彈補償后CAE分析，回彈后零件與理論狀態(tài)零件匹配對比，滿足零件質量要求，局部少量偏差通過OP30整形工序進行整形。具體回彈補償分析結果如圖8所示。

圖8 零件回彈補償分析結果

零件現(xiàn)場調試記錄及與理論狀態(tài)對比整改

模具現(xiàn)場調試前，確認模具研合情況，保證模具研合率80%以上，調試壓邊力為160t，壓邊圈行程為100mm，與CAE分析設定一致。以上條件滿足后，調試板料流入量，保證現(xiàn)場流入量與理論匹配差別控制在5mm內，通過實際調試零件與理論分析進行整改。

零件成形性對比分析

經現(xiàn)場調試零件出件，零件無開裂問題。局部輕微起皺區(qū)域與分析狀態(tài)一致，此零件成形性分析與生產實際匹配度在90%以上。

零件回彈對比分析

現(xiàn)場零件經激光切割后，對零件進行掃描。掃描數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進行匹配對比，匹配基準與前期回彈分析選擇基準保持一致，經對比分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實際零件回彈情況與CAE分析結果基本一致（圖9），評估分析兩者一致性匹配度80%以上。

零件整改

根據(jù)零件掃描情況及檢具上的狀態(tài)，對零件進行現(xiàn)場調試整改。經三輪補償整改后，零件滿足質量要求，合格率達到85%以上。零件與理論狀態(tài)匹配情況如圖10所示。

圖9 零件回彈對比分析

圖10 整改后零件回彈精度

結束語

經理論分析與實際調試對比，該零件成形性及回彈分析與實際狀態(tài)匹配度較高。其中成形性匹配度評估可達到90%以上，回彈分析及回彈補償分析匹配度可達到85%以上。通過前期的模擬分析調試，節(jié)省了大量的模具調試時間、縮短了模具調試周期，在減少調試成本方面作用明顯。