基于CAE對(duì)汽車外覆蓋件折邊反彈的分析

徐偉 劉鵬 劉項(xiàng)來

摘要：近年來，我國汽車制造行業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)逐漸成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。車身覆蓋件是汽車車身的重要組成部分之一，車身覆蓋件的質(zhì)量直接影響著汽車的使用壽命，進(jìn)而影響著汽車的市場競爭力和品牌形象。良好的汽車覆蓋件不僅能夠提升汽車的使用壽命，而且能夠增加車身的美觀性和舒適性，本文主要針對(duì)折邊導(dǎo)致汽車外覆蓋件反彈的問題，運(yùn)用CAE軟件Autoform對(duì)汽車引擎蓋外板沖壓全工序進(jìn)行模擬。通過優(yōu)化折邊工藝、調(diào)整工藝參數(shù)等措施，分析影響外覆蓋件折邊反彈的因素及影響程度，選取了調(diào)整折邊時(shí)間差、增加余肉造型、增加法蘭邊缺口及調(diào)整折邊工序安排作為4個(gè)影響反彈的因素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：CAE；汽車外覆蓋件；折邊反彈

1引言

汽車覆蓋件是汽車車身的主要部分，它影響著汽車的美觀程度，因此要求比較高。只有高精度的尺寸、高精度的形狀、高精度的表面質(zhì)量的覆蓋件，才能夠保證車身較好的符合初期設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，車身覆蓋件的生產(chǎn)在很大程度上也決定了汽車的生產(chǎn)成本和開發(fā)周期。所以，既要保證覆蓋件的生產(chǎn)質(zhì)量，又要保證生產(chǎn)效率，只能從生產(chǎn)線的每個(gè)環(huán)節(jié)入手。上下料工序作為現(xiàn)代車身覆蓋件自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要環(huán)節(jié)，其自身的精度和速度對(duì)覆蓋件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大影響。

2CAE技術(shù)簡介

隨著科技的不斷發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)品也在朝著多樣化、智能化和復(fù)雜化的方向發(fā)展。對(duì)于復(fù)雜的項(xiàng)目或工程，人們借助計(jì)算機(jī)輔助工程，即CAE（Computer Aided Engineering），可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)，分析和試驗(yàn)。由計(jì)算機(jī)技術(shù)和工程分析技術(shù)相結(jié)合而成的CAE分析技術(shù)，其在三維建模的基礎(chǔ)之上，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真分析、設(shè)計(jì)以及綜合評(píng)價(jià)，可以從眾多方案中選出最優(yōu)方案。在工程應(yīng)用中，要對(duì)某產(chǎn)品或項(xiàng)目進(jìn)行CAE分析，CAE軟件是必不可少的，它是CAE技術(shù)的載體。通常CAE軟件分為專用軟件和通用軟件。專用軟件是對(duì)特定的對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的性能分析、預(yù)測以及優(yōu)化的軟件。通用軟件是指能夠?qū)Χ喾N對(duì)象的物理、力學(xué)性能進(jìn)行相應(yīng)的分析、預(yù)測、評(píng)價(jià)和優(yōu)化的軟件。一般用于CAE的大型通用商業(yè)化軟件有HYPERWORKS、SYSNOISE、FLUENT、ADAMS以及ANSYS等。

3汽車覆蓋件分析

汽車覆蓋件是指覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤，構(gòu)成駕駛室、車身的金屬薄板制成的空間形狀的表面或內(nèi)部零件。其具有表面質(zhì)量要求高、零件材料薄、結(jié)構(gòu)尺寸較大、空間形狀復(fù)雜、剛度大、工藝性好等特點(diǎn)。按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)有不同的分法，以覆蓋件所具有的功能和位置分類，可以分為外部覆蓋件、內(nèi)部覆蓋件、骨架覆蓋件三類；以加工工藝分類，分為對(duì)稱覆蓋件、非對(duì)稱覆蓋件、雙沖壓覆蓋件、凸緣覆蓋件、壓彎成型覆蓋件五類；以覆蓋件的大小和質(zhì)量分類，可以分為大型覆蓋件、中型覆蓋件、小型覆蓋件三類。不管以哪種分類的覆蓋件，其加工過程往往需要經(jīng)過落料、拉延、翻邊、整形、沖孔、修邊等工序，有時(shí)為了節(jié)省空間，將落料和拉延工序、沖孔修邊、翻邊與整形等工序進(jìn)行合并，通常需要3到6臺(tái)壓力機(jī)，其布局方式以雙動(dòng)壓力機(jī)為首，單動(dòng)壓力機(jī)和其他輔助設(shè)備（上料、下料、傳遞、檢測機(jī)構(gòu)等）共同組成。覆蓋件加工工藝流程是沖壓線設(shè)備布置的基礎(chǔ)，所以要想熟悉沖壓線設(shè)備布置情況，必須先了解覆蓋件加工流程。為深入了解覆蓋件加工流程，調(diào)研了國內(nèi)某汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)線，如下圖所示。其具體加工流程：板材經(jīng)過分離進(jìn)給裝置將板材依送到?jīng)_壓機(jī)床A，經(jīng)過機(jī)床A沖壓成型（落料工序）后，上下料機(jī)械手通過端拾器將機(jī)床A中加工完成的工件，按照一定的軌跡運(yùn)送到機(jī)床B中，經(jīng)過機(jī)床B沖壓成型（拉伸工序）后，上下料機(jī)械手通過端拾器將機(jī)床B中加工完成的工件，按照一定的軌跡運(yùn)送到機(jī)床C中，經(jīng)過機(jī)床C沖壓成型（修邊、沖孔工序）后，上下料機(jī)械手通過端拾器將機(jī)床C中加工完成的工件，按照一定的軌跡運(yùn)送到機(jī)床D中，經(jīng)過機(jī)床D沖壓成型（翻邊、沖孔工序）后，上下料機(jī)械手通過端拾器將機(jī)床D中加工完成的工件，按照一定的軌跡運(yùn)送到機(jī)床E中，經(jīng)過機(jī)床E沖壓成型（修邊、沖孔整形工序）后，照一定的軌跡運(yùn)送到成品檢測裝置上，經(jīng)成品檢測裝置檢測合格，成品碼垛機(jī)器人將成品工件碼垛。

4折邊對(duì)反彈的影響

產(chǎn)品通常在剪邊工序后進(jìn)行折邊或翻邊等折彎作業(yè)。當(dāng)折彎輪廓線為非直線時(shí)，折邊會(huì)引起產(chǎn)品法蘭邊的伸縮變形，導(dǎo)致產(chǎn)品材料內(nèi)部很容易出現(xiàn)不均勻的彈性回復(fù)應(yīng)力。當(dāng)折彎輪廓線是直線時(shí)，由于彎曲線兩端的彎曲應(yīng)力不連續(xù)或者由于一次成形時(shí)加工硬化現(xiàn)象的存在等，亦可形成彎曲周邊板面內(nèi)不均勻彈性回復(fù)應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品面外變位。通過增加缺口或余肉造型，吸收或補(bǔ)償產(chǎn)品的伸縮變形量，可使彈性變形更均勻，從而降低產(chǎn)品的反彈量。調(diào)整折邊刀塊的高度，使折邊存在時(shí)間差，導(dǎo)致彈性應(yīng)力的分布發(fā)生變化，進(jìn)而使得產(chǎn)品的反彈量發(fā)生變化。汽車覆蓋件的折邊一般在2～3個(gè)工序內(nèi)完成。每個(gè)工序結(jié)束后都會(huì)導(dǎo)致反彈回復(fù)應(yīng)力的釋放，不同的工藝布置會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力釋放的順序發(fā)生變化。可通過調(diào)整各工序的折邊工藝布置，降低產(chǎn)品的反彈量。

5成形及回彈結(jié)果分析

5.1調(diào)整折邊時(shí)間差

調(diào)整折邊刀塊的高度，可以使折邊刀塊與產(chǎn)品的接觸時(shí)間錯(cuò)開，形成時(shí)間差。折邊的時(shí)間差導(dǎo)致產(chǎn)品材料內(nèi)部彈性回復(fù)應(yīng)力發(fā)生變化，進(jìn)而反彈量發(fā)生變化。方案2后方折邊刀兩側(cè)位置加高10mm，前方折邊中中間位置加高10mm。對(duì)比方案1，調(diào)整后的方案2后方反彈量降低，前方反彈量加大。

5.2增加余肉造型

產(chǎn)品后方折邊線為弧形，折邊時(shí)材料為拉伸過程，通過增加余肉造型補(bǔ)充材料不足，使得材料變形更加的均勻，降低反彈量。方案1為增加余肉造型，方案3為無余肉造型。由于增加了補(bǔ)充造型，產(chǎn)品在折邊過程中對(duì)材料的拉伸進(jìn)行了補(bǔ)償，材料折邊應(yīng)力降低，折邊后的反彈量極大地降低。

5.3增加法蘭邊缺口

引擎蓋前、后方的折邊輪廓線為弧形，折邊的過程中前方材料發(fā)生壓縮、后方材料發(fā)生拉伸，材料發(fā)生塑性變形后殘留很大的彎曲應(yīng)力。通過在產(chǎn)品的法蘭邊上追加缺口造型，降低材料的塑性變形難度，減小了殘留內(nèi)應(yīng)力，減小零件的反彈。方案1為前后方法蘭邊中間位置各追加1個(gè)缺口造型，方案4為無缺口造型，缺口尺寸為100mm長、3mm高。通過反彈結(jié)果對(duì)比可知，追加缺口后零件的反彈量降低。通過對(duì)弧形折邊的位置追加缺口或剪短剪邊線，可明顯降低折邊反彈。

6結(jié)束語

本文通過對(duì)引擎蓋外板的折邊反彈的研究，通過對(duì)折邊過程的分析，提出了影響折邊反彈的因素及影響程度。調(diào)整折邊時(shí)間差、增加余肉造型、增加法蘭邊缺口，這幾個(gè)因素均對(duì)產(chǎn)品反彈量有很大的影響，改修可改善了產(chǎn)品反彈狀況。通過結(jié)合以上幾個(gè)因素的改修，可改善產(chǎn)品的反彈，降低車門外板、引擎蓋外板等折邊反彈量。

參考文獻(xiàn)

[1]劉獻(xiàn)禮，姜彥翠，吳石，李茂月，岳彩旭，陳濤.汽車覆蓋件用淬硬鋼模具銑削加工的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，5217：35-49+57.

（作者單位：長城汽車股份有限公司技術(shù)中心）