重力对汽车侧围上部内板回弹影响的研究.pdf

模具工业 2023年第49卷第8期重力对汽车侧围上部内板回弹影响的研究张永波1，辛国升2，姜辉3（1.日照职业技术学院 机电工程系，山东 日照 276826；2.诸城威仕达机械有限公司，山东 诸城 262200；3.日照市科技中等专业学校，山东 日照 262300）摘要：针对梁类件形状简单但刚性较差的特点，在前期CAE分析阶段参考几何公差中零件基准点位置，设置支撑进行回弹计算，以验证零件自身重力对回弹影响的大小，这样在前期能准确预判回弹及补偿，并通过对典型零件的开发，对零件回弹的影响因素进行分析，结合CAE分析解决零件回弹问题。关键词：汽车侧围；高强度钢板；冲压工艺；回弹；检测中图分类号：TG386.1 文献标识码：B 文章编号：1001-2168（2023）08-0036-05 DOI：10.16787/ki.1001-2168.dmi.2023.08.006Study on influence of gravity on springback of upper inner plate of auto side wallZHANG Yongbo1,XIN Guosheng2,JIANG Hui3(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Rizhao Polytechnic,Rizhao,Shandong 276826,China;2.Zhucheng Weishida Machinery Co.,Ltd.,Zhucheng,Shandong 262200,China;3.Rizhao City Science and Technology Secondary Specialized School,Rizhao,Shandong 262300,China)Abstract:In view of the characteristics of beam parts with simple shape but poor rigidity,in the early CAE analysis stage,the support springback calculation was set with reference to the datum point position of the part in GD&T,so as to verify the influence of the parts gravity on the springback.So,the springback and compensation could be accurately predicted in the early stage.The influence factors of parts springback were analyzed through the development of typical parts,and the springback problem was solved with CAE.Key words:automobile side wall;high-strength steel plate;stamping process;springback;detection0引 言汽车侧围中柱上部内板为重要的梁类零件，也是车身侧面安全的重要保障零件1。零件材质为高强钢，外形尺寸为 1 049.6 mm160.4 mm30.5 mm，弧度较小，一侧有翻边，整体形状较为简单，周圈都为焊接面，对整体尺寸要求较高1，如图1所示。1成形性分析1.1零件使用要求零件为车身内部加强件，根据零件几何公差（GD&T）要求，如图2（a）所示的阴影部分，焊接面公差为-0.10 mm；其它阴影部分焊接面公差为0.5 mm，如图2（b）所示；其余非焊接面公差为1.5 mm；外观要求无起皱和开裂。1.2零件材料参数零件材料为FC420/590LA，料厚1.2 mm，材料参数如表1所示。该材料常用于车身骨架加强件，屈服强度高，但成形性能与延展性较差，在冲压成形中多采用落料成形工艺。图1零件结构收稿日期：2023-02-18。作者简介：张永波（1973-），男（汉族），山东日照人，副教授，主要从事机械制造、模具CAD/CAM等工作。36模具工业 2023年第49卷第8期1.3前期成形工艺性及回弹分析1.3.1成形方案确定为了提高材料利用率，零件采用落料后再成形工艺，对落料料片进行排样，在1 155 mm1 060 mm的坯料中冲出7件样品，如图3所示，计算后材料利用率达到83.3%，符合要求。1.3.2成形性分析零件采用一次成形，两侧的翻边和法兰采用镶件成形，中间部位的凸包形状采用压料体成形，如图4所示。因翻边与法兰分别是2个方向，CAE模拟采用上下双活动结构，向下翻边，向上成形法兰。Autoform模型设置如图5所示。由Autoform成形计算后得到图6所示结果，零件成形后通过成形性、减薄率、起皱3项检查，没有失效现象，满足使用要求2,3。再次进行回弹分析，通过第1次自由回弹分析，如图7所示，最大回弹量约为3.0 mm，回弹量较大，需要进行前期回弹补偿；回弹补偿的要求是补偿后90%以上零件区域回弹量控制在0.5 mm，方可进行模具零件加工。采用自由回弹的结果进行补偿，最终补偿后回弹量如图8所示，90%以上区域回弹量在0.5 mm，说明回弹补偿可行4，可以进行模具零件加工制造5。图3料片排样图4零件成形区域图5CAE模型工具体 （a）焊接面公差I （b）焊接面公差II图2零件匹配面公差表1材料参数材 料FC420/590LA屈服强度/MPa420抗拉强度/MPa590r00.6r451.37r900.78硬化指数n0.143杨氏模量E/MPa210泊松比0.337模具工业 2023年第49卷第8期2零件检测2.1白光扫描检测模具加工调试完成后试制样件并进行检测，将样件放在模具的下压料体上，用白光扫描设备进行扫描，扫描后与零件数据进行对比，结果如图 9所示，局部型面有超差，需要根据检测结果进行回弹修整，直至达到客户要求。模具零件回弹修整后，再次利用上述方法扫描对比，结果如图10所示，此时零件型面偏差均符合GD&T标准要求。2.2检具检测为验证零件检具状态的合格率，将样件放在检具上进行白光扫描检测，结果如图11所示，发现在检具上的扫描结果与之前放在模具上的结果不同，出现中间下塌、两端翘起的情况。（a）成形性（c）起皱检查（b）减薄率检查图6CAE分析结果图7未补偿回弹分析图8补偿后回弹分析图9首次样件回弹数据38模具工业 2023年第49卷第8期3问题探究与解决方案3.1问题探究同样的零件放在模具上和检具上出现2种检测结果，探究其原因发现，检具上的零件支撑点只在两端设置4处，中间并无支撑点；又因零件采用落料后成形的工艺，零件自身刚性较差，在自身重力影响下导致中间下塌，如图 12所示。同样放在模具上，因为有模具零件型面的支撑，零件没有出现下塌现象，如图13所示。因前期CAE回弹计算均采用自由回弹，未考虑支撑回弹，按照检具支撑点位置设置支撑回弹，并进行计算，如图14所示，结果显示：零件回弹趋势与在检具上的白光检测结果大致相同，由此判定，重力对零件回弹影响较大。3.2解决方案首先与客户商讨是否可以调整检具支撑点，将图10修整后样件回弹数据图11回弹修整后检具状态样件回弹数据图12零件在检具上的状态39模具工业 2023年第49卷第8期检具中间部位增加支撑点，客户未同意，此方案不可行；其次，按照零件在检具上的检测结果再次进行回弹补偿。模具经重新整改后，零件在检具上检测，如图15所示，结果符合公差要求，最终达到了客户要求，如图16所示。4结束语对于类似的梁类件，由于自身形状简单且刚性较差，在前期CAE分析阶段应参考GD&T中零件基准点位置，设置支撑进行回弹计算，以便验证零件自身重力对回弹影响的大小，才能更贴近零件在检具上的状态，在前期能准确预判回弹及补偿。在样件的实际检测过程中，也要考虑零件自身重力影响。为使检测结果更加精确，检测应在检具上进行，检具的检测结果是客户要求的零件最终合格的唯一依据。该零件制造过程中，通过运用2种不同途径的检测方式，结合CAE，验证了零件自身重力对其回弹的影响，对于类似零件的前期设计及后期整改有较好的借鉴作用。参考文献：1 邓明,朱祥,吕琳,等.高强钢轿车侧围门槛后连接板成形工艺及模具设计J.锻压技术,2016,41(7):11-14.2 陈文亮.板料成形CAE分析教程M.北京:机械工业出版社,2005:45-65.3 李飞舟.板料成形CAE设计及应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2010:80-85.4 张永波.汽车骨架类零件成形工艺数值模拟分析与优化J.模具工业,2008,34(11):30-33.5 张永波,辛国升.后轮罩外板成形工艺分析与拉深模设计J.模具工业,2018,44(12):32-37.图13零件在模具上的状态图14按检具支撑回弹分析图15最终修整后样件回弹数据图16最终成形零件40