數(shù)字化模擬在新能源汽車行李廂外板缺陷解決中的應用

文/包云發(fā)·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

本文通過案例介紹新能源汽車行李廂外板在拉延過程中肩膀頭處出現(xiàn)的拉裂、縮頸、皺的現(xiàn)象，運用數(shù)字化模擬技術系統(tǒng)性查找分析問題原因，從網格分析、CAE 仿真試驗、最終調試方法等幾個方面，詳細介紹解決生產過程中新能源汽車行李廂外板肩膀頭區(qū)域缺陷的方法。

行李廂外板肩膀頭區(qū)域缺陷類型

隨著科技的發(fā)展與社會的進步，新能源汽車模具對于數(shù)字化的需求也越來越多。行李廂外板是新能源汽車車身上中型外板件(圖1)，產品尺寸大、形狀復雜、表面質量要求高，任何微小的缺陷都可能會影響到整車的美觀性。其中，影響行李廂穩(wěn)定性最主要原因就是出現(xiàn)拉裂、縮頸、皺等缺陷，這些缺陷很容易造成極大的成本浪費。缺陷形式分為3 種：左側立面拉裂(圖2)，右側立面縮頸(圖3)，右側三角立面皺(圖4)。

圖1 行李廂外板

圖2 拉裂

圖3 縮頸

圖4 皺

利用數(shù)字化模擬識別缺陷產生原因

網格分析(拉裂、縮頸)

網格試驗是板料沖壓成形過程中的一種物理模擬技術，對新能源汽車深沖薄板進行沖壓成形研究有十分重要的意義。網格試驗是通過網格印制技術在板料上印制網格，根據(jù)零件沖壓中危險部位的特征與成形極限圖來分析網格的變形特點，判斷板料在成形過程中的流動方向及變化趨勢。結合缺陷處受力分析，從而制定優(yōu)化制件質量方案來解決問題，指導生產。常溫下網格試驗，清洗及涂油流入量和正常生產件一致，對86#卷和100#卷材料進行網格試驗，力學性能測試結果見表1。

表1 86#卷和100#卷材料網格試驗力學性能

86#卷料試驗結果為，網格試驗左右兩側肩膀頭4 個點(圖5)，A 區(qū)域安全裕度為21.9%；B 區(qū)域安全裕度為14.4%；C 區(qū)域安全裕度為23.9%；D 區(qū)域安全裕度為3.9%；其中D 區(qū)域安全裕度最低，為3.9%(圖6)，最大減薄率26.4%(圖7)，處于臨界狀態(tài)，沖壓時易發(fā)生縮頸開裂，需提高零件的成形安全裕度。

圖5 86#卷料網格試驗肩膀頭4 個點

圖6 成形極限圖

圖7 減薄率

100#卷料試驗結果為，網格試驗左右兩側肩膀頭4 個點(圖8)，A 區(qū)域安全裕度為28.2%；B 區(qū)域安全裕度為13.3%；C 區(qū)域安全裕度為29.2%；D區(qū)域安全裕度為3.6%；其中D 區(qū)域安全裕度最低，為3.6%(圖9)，最大減薄率24.3%(圖10)，處于臨界狀態(tài)，沖壓時易發(fā)生縮頸開裂，需提高零件的成形安全裕度。

圖8 100#卷料網格試驗肩膀頭4 個點

圖9 成形極限圖

圖10 減薄率

最終結果為，不同卷號材料在同等條件下，嘗試網格試驗狀態(tài)基本一致。左側B 區(qū)域、右側D 區(qū)域側壁處于拉深—壓縮成形，縱向受拉，橫向受壓，沖壓時易發(fā)生縮頸開裂，需提高零件的成形安全裕度。

利用拉延模擬分析(皺)

右肩膀頭三角區(qū)皺和立面縮頸總是交替出現(xiàn)，皺減輕縮頸就重，縮頸減輕皺就加重，嚴重困擾了生產效率的提升，并且有漏檢出現(xiàn)質量事故的風險，利用OP20 拉延模擬展示得出縮頸和皺產生的原理(圖11)。結論：縮頸是先產生成形；皺是接近下死點才出現(xiàn)的；由于肩膀區(qū)域屬于變形劇烈且多料區(qū)域，變形狀態(tài)復雜，控制縮頸和起皺工藝措施需相互配合調整。

圖11 拉延模擬利用階段成形法

利用CAE 仿真試驗給出問題解決措施

左B 區(qū)、右D 區(qū)立面(拉裂、縮頸)

措施一，可通過減小主應變和增大次應變來提高安全裕度，加大風擋內部工藝孔尺寸(圖12)；措施二，可通過減小主應變和增大次應變來提高安全裕度，加大內部成形筋槽R6～15mm，局部研放凸模成形R角，并提高R 角光潔(圖13)。

圖12 加大風擋內部工藝孔尺寸,減薄率降低2%

圖13 加大R 角，減薄率降低2.5%

右D 區(qū)三角面(皺)

通過拉延模擬分析得出的結論：縮頸是先產生成形；皺是接近下死點才出現(xiàn)的；而且這兩側缺陷同時存在，并且現(xiàn)場的調整方式都會存在相互的制約關系，所以需要綜合考慮兩者的走料趨勢；措施一，提升凸模工藝補充高度，在拉延到底時進行拽料減輕三角區(qū)皺(圖14)；措施二，延伸外側壓邊圈的筋槽長度，增大三角區(qū)次應變來控制走料趨勢，減輕三角區(qū)皺(圖15)。提升工藝凸包高度、延長外拉延筋可以改善三角面起皺，但同時會加重肩膀減薄，需要和控制頸縮措施搭配使用。

圖14 提升凸模工藝補充高度

圖15 延伸筋槽長度，次應變降低0.005

結束語

新能源汽車行李廂外板成形穩(wěn)定性的提升，主要靠提高拉延的成形裕度，減少波動性。新能源汽車工業(yè)快速發(fā)展的今天，要求維修人員學習更多的新能源汽車的相關知識，掌握先進新能源汽車的技術，并借助相關儀器進行獨立分析，解決一些拉深模具成形過程中疑難缺陷問題。理論與實踐的相互結合創(chuàng)造出不同的維修技術，這樣才能夠提高生產效率，縮短生產周期，降低生產成本，提高模具質量，提高工作質量，減少工作廢品率和材料浪費，以保證我國新能源汽車產業(yè)與國際接軌，在競爭激烈的國際市場占有一席之地。