吳雄偉，楊 建，李釗文，謝國(guó)文，覃顯峰，尤彬波

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院，廣東廣州 511434）

1 引言

隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，各車(chē)企對(duì)汽車(chē)制造成本從單件到總成的管控越來(lái)越精細(xì)化。沖壓件作為白車(chē)身的重要組成部分，有效的降低沖壓件成本，對(duì)降低整車(chē)制造成本效果十分顯著。

因此，行業(yè)內(nèi)也掀起一股研究沖壓件降本的潮流。余敏等研究了側(cè)圍外板工序優(yōu)化降本方案[1]；林通等研究了優(yōu)化材料牌號(hào)的降本方案[2]；馮芬艷等研究了沖壓件原材料降本優(yōu)化方案[3]。

本文以某車(chē)型機(jī)蓋內(nèi)板為研究對(duì)象，排布工藝方案，基于Autoform分析軟件，構(gòu)建工藝模型，仿真分析對(duì)比多種工藝方案，并實(shí)物驗(yàn)證可行的降本模型。

2 工藝排布

機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部側(cè)壁角度較大，成形性較好。如圖1所示。

圖1 機(jī)蓋內(nèi)板詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖

為了減少?gòu)U料刀的使用，降低切削加工過(guò)程產(chǎn)生的鐵粉量，工藝方案制定為4工序沖壓。

詳細(xì)工藝可排布為：①OP10：拉伸→②OP20:修邊+側(cè)修邊+沖孔→③OP30：修邊+側(cè)修邊+沖孔+側(cè)沖孔→④OP40：修邊+整形+沖孔，如圖2所示。

圖2 詳細(xì)工藝方案排布圖

基于品質(zhì)需求，后工序內(nèi)容基本一致。本文重點(diǎn)論述拉伸工序工藝方案對(duì)降本的影響。

機(jī)蓋內(nèi)板拉伸工藝方案有3種：

（1）方案1：閉口拉伸方案。

按照以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，機(jī)蓋外板常采用常規(guī)閉口拉伸工藝方案。3D工藝模面，如圖3所示，影響成本關(guān)鍵點(diǎn)（即影響材料利用率關(guān)鍵點(diǎn)）為圓圈處所示位置。詳細(xì)截面圖如圖4所示。

圖3 閉口拉伸工藝模面

圖4 閉口拉伸關(guān)鍵點(diǎn)截面

（2）方案2：開(kāi)口拉伸方案。

為提升材料利用率，降低生產(chǎn)成本，控制影響材料利用率關(guān)鍵點(diǎn)的材料尺寸，基于閉口拉伸工藝方案基礎(chǔ)進(jìn)行工藝模面優(yōu)化，調(diào)整邊界工藝補(bǔ)充，得出開(kāi)口工藝模面如圖5所示，詳細(xì)截面如圖6所示。

圖5 開(kāi)口拉伸工藝模面

圖6 閉口拉伸關(guān)鍵點(diǎn)截面

閉口拉伸及開(kāi)口拉伸根本區(qū)別在于，影響率用率關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置，制件成形是否包圍后端工藝補(bǔ)充面。

（3）方案3：浮動(dòng)壓板拉伸方案。

與常規(guī)工藝思路不同，為最大化的優(yōu)化關(guān)鍵點(diǎn)材料流動(dòng)，保證制件成形性。影響材料關(guān)鍵點(diǎn)區(qū)域增加上壓板，采用氮?dú)飧鬃鰤毫υ?，減小坯料尺寸，加大進(jìn)料阻力，控制材料流動(dòng)，從而降低材料成本。工藝面如圖7所示，截面如圖8所示。

圖7 浮動(dòng)壓板拉伸工藝模面

圖8 浮動(dòng)壓板拉伸關(guān)鍵點(diǎn)截面

3 模型搭建

依據(jù)上述方案分析，分別搭建機(jī)蓋內(nèi)板3種不同拉伸工藝方案,導(dǎo)入Autoform軟件，創(chuàng)建CAE分析模型，工具體分別如圖9、圖10及圖11所示。

圖9 閉口仿真工藝模型

圖10 開(kāi)閉口仿真工藝模型

圖11 浮動(dòng)壓板拉伸仿真工藝模型

為保證統(tǒng)一基準(zhǔn)比較，分析材料統(tǒng)一采用GC270F鋼板[4]，制件重6.18kg，詳細(xì)材料曲線如圖12所示。

圖12 GC270材料曲線圖

網(wǎng)格劃分及詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如圖13所示。

圖13 Autoform網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置圖

完成模型創(chuàng)建及網(wǎng)格劃分設(shè)置后，提交計(jì)算，完成仿真分析。

方案1采用梯形料，雙筋。坯料尺寸為：1,780×1,185mm；材料利用率約為：59.5%。成形后，前端幾乎不進(jìn)料，后端關(guān)鍵點(diǎn)位置進(jìn)料約35mm，左右側(cè)最大進(jìn)料約10mm，整體拉伸較為充分，坯料及成形云圖如圖14所示。

圖14 方案1坯料及成形FLD圖

方案2采用梯形料，雙筋。坯料尺寸為：1,780×1,140mm；材料利用率約為：61.9%

成形后前端幾乎不進(jìn)料，后端關(guān)鍵點(diǎn)位置進(jìn)料約20mm,左右側(cè)最大進(jìn)料約17mm,局部制件區(qū)域拉伸不充分，有增厚及尺寸精度不良趨勢(shì)。坯料及成形云圖如圖15所示。

圖15 方案1坯料及成形FLD圖

方案3采用方料，單筋。坯料尺寸為：1,710×1,130mm；材料利用率為：62.6%。

成形后前端幾乎不進(jìn)料，后端關(guān)鍵點(diǎn)位置進(jìn)料約7mm,左右側(cè)最大進(jìn)料約19mm。整體拉伸較為充分，拉伸狀態(tài)與方案1基本一致，坯料及成形云圖如圖16所示。

圖16 方案1坯料及成形FLD圖

4 浮壓結(jié)構(gòu)及實(shí)物驗(yàn)證

從工藝及CAE仿真綜合看，方案3浮動(dòng)壓板工藝，成形性及材料利用率是最優(yōu)解。

4.1 模具結(jié)構(gòu)

當(dāng)前浮動(dòng)壓板工藝應(yīng)用較少，生產(chǎn)穩(wěn)定性需進(jìn)一步驗(yàn)證?；诜€(wěn)定性需求，開(kāi)發(fā)模具進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證。

方案3比方案1和方案2需多增加上模40t氮?dú)飧讐毫υ?，以最大氮?dú)飧?0t每個(gè)計(jì)算，需增加4個(gè)氮?dú)飧住Ｄ＞呓Y(jié)構(gòu)如圖17所示。

4.2 沖壓調(diào)試

以CAE仿真工藝生產(chǎn)參數(shù)為參考，設(shè)定壓機(jī)基準(zhǔn)壓力140t參數(shù)進(jìn)行調(diào)試取件。因左右端筋條阻力過(guò)小，材料流入與CAE分析有約10mm左右偏差。前后端關(guān)鍵區(qū)進(jìn)料與CAE分析基本一致，后端中部流料多。最終板料尺寸為1,730×1,130mm，實(shí)際率用率為61.9%。

壓邊力上浮10%，即155T沖壓取件，制件成形性較穩(wěn)定，無(wú)開(kāi)裂起皺。

取件狀態(tài)如圖18所示。

圖17 浮動(dòng)壓板拉伸模結(jié)構(gòu)

圖18 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試制件圖

4.3 品質(zhì)檢測(cè)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證制件尺寸精度，沖孔切邊完成后，制件貼模進(jìn)行自由狀態(tài)下藍(lán)光掃描，并輸出掃描結(jié)果與數(shù)模對(duì)比回彈偏差云圖。如圖19、圖20所示。

圖19 實(shí)物貼模掃描圖

從圖20可以看出，關(guān)鍵區(qū)域及制件內(nèi)部大面回彈基準(zhǔn)在±0.5mm之內(nèi)。左右側(cè)最大回彈約2mm左右，后端中間位置最大回彈約2mm左右。與常規(guī)方案首次取樣狀態(tài)基本一致，后續(xù)通過(guò)型面研磨，增加筋條阻力調(diào)試，及局部型面補(bǔ)償可以較好的解決該問(wèn)題點(diǎn)，制件生產(chǎn)穩(wěn)定性較好。

圖20 制件藍(lán)光掃描云圖

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)比分析某車(chē)型機(jī)蓋內(nèi)板幾種不同工藝方案，結(jié)合CAE仿真及生產(chǎn)驗(yàn)證得出結(jié)論如下：

（1）浮動(dòng)壓板工藝方案有效提升材料率用率，降低每車(chē)生產(chǎn)成本約3.6元。

在保證制件成形性及品質(zhì)的情況下，采用浮動(dòng)壓板工藝，比常規(guī)工藝方案材料率用率提升約3%，成本每車(chē)節(jié)約約3.8元。

采用該工藝增加4個(gè)氮?dú)飧字萍熬S修總費(fèi)用約8萬(wàn)，40萬(wàn)產(chǎn)能計(jì)算每車(chē)成本增加約0.2元。

（2）仿真分析板料尺寸與實(shí)際生產(chǎn)有一定偏差。

因首輪調(diào)試，板料流入與實(shí)際仿真分析有偏差，導(dǎo)致坯料尺寸與實(shí)際分析有一定偏差，但在可調(diào)試的范圍內(nèi)，通過(guò)后期調(diào)試可解決該問(wèn)題。