張國(guó)威

（上汽大眾汽車(chē)有限公司，上海 201805）

0 引 言

門(mén)內(nèi)板是車(chē)身重要的支撐板件，也是大多數(shù)車(chē)門(mén)附件的安裝體。整體式窗框門(mén)內(nèi)板的窗框部分和門(mén)內(nèi)板主型面部分采取一體式?jīng)_壓成形，其特點(diǎn)是車(chē)門(mén)剛性好且便于設(shè)置兩道密封條，提高了車(chē)身密封性能。整體沖壓的門(mén)內(nèi)板密封面，有利于尺寸匹配的一致性[1，2]，對(duì)窗框位置的匹配精度也提出了更高的要求。由于窗框位置造型起伏較大，內(nèi)側(cè)拔模角較小，成形后易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和較大回彈，影響尺寸穩(wěn)定性，這是影響門(mén)內(nèi)板質(zhì)量的主要原因。通常需要在窗框位置進(jìn)行大范圍的型面補(bǔ)償，數(shù)據(jù)分析和型面補(bǔ)償制作的難度大，導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)和制造的周期較長(zhǎng)?，F(xiàn)基于數(shù)值模擬分析，通過(guò)優(yōu)化窗框內(nèi)部預(yù)工藝孔[3，4]，減小此處的回彈量，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析和補(bǔ)償方法，提升零件成形質(zhì)量和縮短模具開(kāi)發(fā)周期。

1 零件結(jié)構(gòu)及沖壓工藝

圖1 所示為某車(chē)型后門(mén)內(nèi)板造型，其中窗框位置的密封面寬度約2 mm，公差要求±0.5 mm，匹配精度較高。門(mén)框內(nèi)側(cè)的拔模角僅2°，成形時(shí)易開(kāi)裂，通常在窗框內(nèi)部工藝補(bǔ)充面區(qū)域設(shè)置預(yù)工藝孔，改善板料拉深時(shí)的受力狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)成形的強(qiáng)弱區(qū)轉(zhuǎn)換，提高零件的成形性[5]。拉深完成后，窗框位置后續(xù)工藝如圖2所示。

2 回彈補(bǔ)償分析及優(yōu)化

2.1 夾持方案分析

圖1 門(mén)內(nèi)板造型

圖2 窗框區(qū)域工藝排布

零件在檢具上的測(cè)量方案為車(chē)身方向旋轉(zhuǎn)90°平放檢測(cè)，因此在制定回彈補(bǔ)償方案前，需要基于零件檢測(cè)狀態(tài)分析制定夾持方案[6]。按照以往經(jīng)驗(yàn)[7]，窗框位置的回彈較大，在夾持時(shí)會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，影響零件分析和測(cè)量的準(zhǔn)確性。因此在數(shù)值模擬分析回彈時(shí)，通常夾持門(mén)內(nèi)板主型面位置回彈較小的4 個(gè)RPS 點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)），放開(kāi)窗框位置的2個(gè)RPS夾頭，僅做下部支撐進(jìn)行回彈評(píng)估。

2.2 回彈補(bǔ)償分析

回彈補(bǔ)償分析前，需要在CAE 中得到成形穩(wěn)定的零件。對(duì)于整體式窗框門(mén)內(nèi)板，通常在窗框內(nèi)部設(shè)置多個(gè)預(yù)工藝孔，其附近材料處于平面應(yīng)力狀態(tài)，周?chē)牧鲜艿截Q直方向的拉應(yīng)力和工藝孔附近的徑向拉應(yīng)力，如圖3 所示。與不開(kāi)設(shè)預(yù)工藝孔相比，改變了此區(qū)域僅受單向拉伸的狀態(tài)，且預(yù)工藝孔越大，距離風(fēng)險(xiǎn)區(qū)越近，則優(yōu)化開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的效果越明顯，保證了成形的穩(wěn)定性。在窗框內(nèi)部4 個(gè)轉(zhuǎn)角各設(shè)置1個(gè)直徑為φ60 mm 的工藝孔，同時(shí)在窗框中部拔模角最小的區(qū)域設(shè)置1 個(gè)直徑為φ90 mm 的工藝孔，料片形狀預(yù)工藝孔布置如圖4所示，實(shí)線為料片輪廓，虛線為拉深成形后工序件輪廓。模擬得到的零件成形性如圖5 所示，其中窗框內(nèi)的工藝筋在到底3 mm左右成形，對(duì)預(yù)工藝孔的整個(gè)擴(kuò)展過(guò)程影響不大，零件未出現(xiàn)開(kāi)裂和起皺現(xiàn)象，滿足回彈補(bǔ)償?shù)那疤釛l件。

圖3 微元體受力

圖4 窗框區(qū)域5個(gè)預(yù)工藝孔

夾持主型面內(nèi)的4 個(gè)RPS 點(diǎn)，取消激活窗框位置的2個(gè)PRS 點(diǎn)，受重力影響，窗框尺寸呈現(xiàn)整體負(fù)向超差，如圖6 所示。窗框處2 個(gè)RPS 點(diǎn)位置的尺寸落差約為2 mm，表示零件在檢具上夾持時(shí)，當(dāng)窗框后側(cè)的RPS 夾頭閉合后，窗框前側(cè)的RPS 還有2 mm 懸空，夾頭夾緊時(shí)必然導(dǎo)致窗框前側(cè)出現(xiàn)一定程度的向內(nèi)扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致尺寸失真。因此在窗框位置型面補(bǔ)償前，應(yīng)當(dāng)消除RPS 位置的型面落差，再進(jìn)行法蘭邊的型面補(bǔ)償。窗框位置的型面落差補(bǔ)償方案如圖7 所示，窗框后部轉(zhuǎn)角的最高點(diǎn)增加2 mm，向兩側(cè)過(guò)渡到零位，再結(jié)合法蘭邊的回彈狀況，將C 柱上部的法蘭邊向內(nèi)翻轉(zhuǎn)1.5°，根部最大補(bǔ)償量約0.8 mm。由于門(mén)內(nèi)板在拉深時(shí)將所有型面都成形到位，且在最后工序的模具對(duì)窗框內(nèi)所有匹配面做矯形，補(bǔ)償方案僅在拉深工序?qū)嵤?/p>

圖5 窗框內(nèi)5個(gè)預(yù)工藝孔拉深成形性

圖6 窗框RPS面尺寸落差

圖7 窗框型面補(bǔ)償方案

2.3 預(yù)工藝孔對(duì)回彈的優(yōu)化

以上補(bǔ)償方案在窗框區(qū)域需要重構(gòu)的型面約占整個(gè)窗框的一半左右，補(bǔ)償范圍和補(bǔ)償量較大。尤其對(duì)于幾字形窗框結(jié)構(gòu)，內(nèi)外均有匹配面，數(shù)據(jù)制作時(shí)除了需要關(guān)注曲面質(zhì)量，還需要重點(diǎn)關(guān)注變形后匹配面之間的形位關(guān)系和拔模角變化，數(shù)據(jù)制作難度和工作量較大。若補(bǔ)償效果不能滿足生產(chǎn)需求，模具零件返工時(shí)需要進(jìn)行大面積的加工才能置零，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要研究型面補(bǔ)償范圍較小的優(yōu)化方案。

由于窗框位置的預(yù)工藝孔可以改變材料的受力狀態(tài)，考慮優(yōu)化預(yù)工藝孔，使窗框位置的材料受雙向拉伸應(yīng)力的比例提高，成形后殘余應(yīng)力釋放更均勻，窗框RPS 區(qū)域的型面落差減小，改善其在檢具上的夾持扭轉(zhuǎn)變形。將窗框處的預(yù)工藝孔優(yōu)化成2 個(gè)直徑為φ130 mm 的圓孔，同樣獲得成形穩(wěn)定的零件，如圖8所示。按照相同的夾持方案，窗框位置2 個(gè)RPS 點(diǎn)的型面落差小于0.5 mm，此時(shí)窗框夾持時(shí)不會(huì)出現(xiàn)明顯的型面扭轉(zhuǎn)，尺寸穩(wěn)定性提高，為后續(xù)型面補(bǔ)償提供了可靠依據(jù)，如圖9 所示。結(jié)合其他區(qū)域法蘭邊的回彈狀態(tài)，最終確定的型面補(bǔ)償方案僅在拉深工序?qū)柱上部的法蘭邊向內(nèi)翻轉(zhuǎn)1.5°，數(shù)據(jù)變形制作難度和型面重構(gòu)量降低，如圖10所示。

補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，考慮檢具上的實(shí)際狀態(tài)，窗框位置的RPS 進(jìn)行底部支撐。窗框位置的尺寸如圖11 所示，其中靠近C 柱的法蘭邊尺寸在0～0.4 mm，窗框上部的法蘭邊尺寸大部分位于零位，靠近B柱的法蘭邊尺寸在-0.2～0.2 mm，整體滿足設(shè)計(jì)要求。

3 測(cè)量驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)拉深工序型面補(bǔ)償?shù)男Ч?，將拉深件進(jìn)行藍(lán)光掃描后與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，窗框位置2個(gè)RPS 的落差在0.4 mm 以內(nèi)，與設(shè)計(jì)預(yù)期一致，滿足測(cè)量和生產(chǎn)要求，如圖12所示。窗框位置的尺寸測(cè)量結(jié)果如圖13 所示，其中靠近C 柱的法蘭邊尺寸在0～0.6 mm，個(gè)別點(diǎn)輕度超差但不影響與密封條的匹配，沒(méi)有裝車(chē)返修情況。靠近B 柱的法蘭邊尺寸大多在-0.4～0 mm，窗框上部的法蘭邊尺寸在0～0.4 mm，整體測(cè)量結(jié)果與模擬基本一致，達(dá)到了預(yù)期的補(bǔ)償效果。

圖8 窗框內(nèi)2個(gè)預(yù)工藝孔的拉深成形性

圖9 預(yù)工藝孔優(yōu)化后的窗框RPS面尺寸落差

圖10 預(yù)工藝孔優(yōu)化后的窗框型面補(bǔ)償方案

圖11 補(bǔ)償后窗框位置的模擬尺寸

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)調(diào)整預(yù)工藝孔的方式對(duì)后門(mén)內(nèi)板窗框區(qū)域的回彈補(bǔ)償方案進(jìn)行分析和優(yōu)化，得出以下結(jié)論。

圖12 拉深件掃描擬合結(jié)果

（1）整體式窗框門(mén)內(nèi)板在窗框位置的回彈較大，夾頭夾持時(shí)易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，影響零件的分析和測(cè)量結(jié)果?；貜椃治鰰r(shí)通常將窗框位置的夾持點(diǎn)僅做底部支撐，避免零件扭轉(zhuǎn)對(duì)補(bǔ)償方案的干擾。

（2）窗框內(nèi)的預(yù)工藝孔在成形時(shí)能改善板料的受力狀態(tài)，側(cè)壁材料由單向拉伸變?yōu)榻频碾p向拉伸變形更充分。不同的預(yù)工藝孔設(shè)置能改變材料中受雙向拉伸的比例，因此可以通過(guò)優(yōu)化預(yù)工藝孔方案改善窗框處的回彈狀態(tài)，減小型面補(bǔ)償量。

（3）相較于窗框內(nèi)部多個(gè)預(yù)工藝孔的方案，2 個(gè)預(yù)工藝孔的方案邊緣開(kāi)裂的趨勢(shì)降低，成形穩(wěn)定性更高，且有利于提高板料和工序件的剛度。切邊后殘余應(yīng)力釋放更均勻，減小了窗框位置的扭轉(zhuǎn)變形和回彈量，降低了補(bǔ)償難度，對(duì)類(lèi)似零件的工藝設(shè)計(jì)和回彈補(bǔ)償具有指導(dǎo)意義。

圖13 窗框位置尺寸測(cè)量結(jié)果