國內乘（chéng）用車的開發越來越（yuè）重視車身輕量化、碰撞安全性，行駛經濟性等功能需求。加之（zhī）世界車（chē）身金屬材（cái）料工藝發展的愈發（fā）成熟，高強度鋼板在白車身結構上（shàng）運用的更加普及。

為實現而這些功能需求，當前國際主流則是采用熱成型工藝，但是其（qí）開發工藝複雜、製造成本高（gāo）以及二次成（chéng）型及翻邊整形相當困難的特性，也迫使冷衝（chōng）超高強鋼板的（de）大量應用已經普遍存在，將冷（lěng）衝高強度鋼（gāng）用（yòng）於側圍總成框架上，不僅（jǐn）滿足車身骨架結構強度和剛度的同時減輕了重（chóng）量，更是大大（dà）保證了行駛倉內乘員的安全性。

然而（ér）冷衝（chōng）高強板具有屈服應力大、抗拉強（qiáng）度高、延伸率低、成型力量大（dà）、成型性能弱、以及硬化指數（shù）n值和厚（hòu）向異性（xìng）係數r值低的複雜特性，也使得其在冷衝（chōng）壓成型過程中非常容易產（chǎn）生更大的彈性應（yīng）變，造（zào）成製件開（kāi）裂、回彈、扭曲的質量（liàng）風險（xiǎn）也愈發突出（chū）。

為確保製件的高精度要求，整個產（chǎn）品（pǐn）開發工藝環節需要（yào）在產品設計、衝（chōng）壓SE開發（fā）、造型優化、成型數值模擬分析、工藝合理排（pái）布、模具結構優化、工藝參數設置、現場維修整改調試以（yǐ）及潛在性失效模式識別（bié）等眾多方麵進行細化（huà）分（fèn）析。

本文重點通過QP980中支柱裏板高強板成形工藝開發及製（zhì）件回彈整改典（diǎn）型案例進行了係統的分析和探討研究，為車身（shēn）高強板（bǎn）冷成形產品開（kāi）發提供（gòng）了寶（bǎo）貴的（de）指導和借鑒經驗。

產品研究背景（jǐng）

產品裝車環境

中立柱裏板屬於汽車白車身框架重要零件，上部小端頭主（zhǔ）要連（lián）接A柱（zhù）骨架總成（chéng），下（xià）部大端頭連接門檻總成，中部法蘭區域與熱成形高（gāo）強鋼中立柱點焊無（wú）縫（féng）搭接（jiē），因此對其強度、剛度及焊接尺（chǐ）寸都有（yǒu）極其嚴格的工藝要求，而目前該類“弧形（xíng）”裏板類零件大多（duō）數采用屈服（fú）強度≤590材質拉延成型，超過（guò）該屈服強度幾乎（hū）均采用（yòng）熱成型+鐳射（shè）切割工藝方（fāng）案。而（ér）此次研究探討對（duì）象為某車型中立柱裏板冷成型生產工藝，其零件材質為QP980超高強鋼板（bǎn），料厚（hòu）為1.2±0.13mm。

材料力學性能

QP980鋼板作為為第三代超高強鋼（gāng），是一（yī）種高強度高塑(韌)性的馬氏體鋼（gāng）（也（yě）成淬火（huǒ）延性鋼），鋼材韌塑性、成型性和延伸凸緣性等顯著提高。其各主要化學元素含量（liàng）如表1，通常可以達到的（de）力學性能（néng）範圍為:抗拉強度800～1500MPa，屈服強度達550～1100MPa，延伸率15%～40%，較寬範圍的（de）力學性能雖然為汽車鈑（bǎn）金成型材料牌（pái）號提供了多種選擇餘地，但另一方麵也大大增加了冷成型模具開（kāi）發及調試整改難度。

為了讓CAE模擬分析更加準確有效（xiào），使用單項拉伸機對寶武鋼（gāng）QP980材質進行實驗測試，以便獲得板材的基本力學性能，拉伸試樣如圖1圖2所示（shì），實驗時變形的速率（lǜ）約為0.005S，其（qí）結果（guǒ）為：抗拉強度1100MPa，屈服強度820MPa，斷後延伸率在16%以上，基本與後麵分（fèn）析材質參數一致。

圖1 拉伸（shēn）試片

圖（tú）2 拉伸曲線

產（chǎn）品成型特點

該零件尺寸為：1190mm×340mm×115mm，整個零件有反拉延造型且（qiě）呈“弓（gōng）”形，23處（chù）衝（chōng）孔，2處翻，單件淨（jìng）重1.856Kg。目前（qián）采用4道生產工序完成，其分別（bié）為：OP10拉延、OP20修邊（biān）衝孔、OP30修邊衝孔吊衝孔、OP40“雙活”翻邊整形（xíng）。產品（pǐn）拉（lā）延（yán）深度為120mm，成型力要求達到1150T左右，四周法蘭麵差尺（chǐ）寸公差要求在

±0.4mm之內，翻孔麵角（jiǎo）度要求為80°修邊線尺寸公差要求在±0.4mm之內，因此對法蘭麵回彈（dàn）進行有效的分析（xī）和控製（zhì）是保證該產（chǎn）品合格的關鍵所在。

圖3 單件（jiàn）拉延成型雲圖

圖4 雙件拉延成（chéng）型雲圖

工（gōng）藝方案（àn）分析

拉延成型數值模擬初步分析

通過以上初步CAE分析結果（guǒ）及成形（xíng）過程可（kě）以看出，零件分開拉延成型（圖3）理論成型力720T基本無較（jiào）大開裂，產品區域最大減薄率為12%左右，衝孔廢（fèi）料區起皺最大0.04mm，其它範圍趨勢可接受（shòu）。而零件雙拚理論形型力達1400T，采用不太常用的刺（cì）破拉延成（chéng）型（圖4）方式依然存在較大開裂趨勢，材料開裂和刺（cì）破後起皺趨勢同樣較為明顯，後期SOP階段存在很大生產（chǎn）質量風險且雙件回彈比單件更難控製。

正式工藝排布（bù）

通過以上工藝方案分析說明，且考慮（lǜ）到超高強（qiáng）板零件成（chéng）型力量巨大，衝裁噪（zào）聲明顯，回（huí）彈調試整改繁雜（zá）等方麵，則采用相對保守有效的方案二衝壓工藝製造該對零件，其工藝（yì）方案排布為（wéi）：M01開卷擺剪——OP10拉延——OP20修邊衝孔吊衝孔——OP30修邊（biān）衝孔吊（diào）衝孔——OP40“雙活”翻邊整形（xíng）翻孔，具體內容如圖4所示。

圖4

正式工藝CAE全工序仿真模擬

為更好優化驗證（zhèng）該衝壓工藝方案的合理性，采用AotuformR7軟（ruǎn）件膜單元FV精度級別（bié）對其進行全（quán）工序（xù）含回（huí）彈仿真計算模擬。模擬參數及評判邊界條件分別為（wéi）：成形減薄率≤16%，壓邊圈區域最大（dà）起皺≤0.05mm，凸模區域≤0.03mm，摩擦係數0.15並采用自由回彈（dàn）方式分析回彈。

圖5

根據圖5材質參數卡：分析選用寶（bǎo）武（wǔ）鋼QP980材質，屈服強度Rp0.2為737.5MPa，抗拉強度Rm為1082MPa，屈強比為0.682，斷後延伸率A80mm為16.3%，應變硬化指數n值為0.152。

圖6 OP10 拉延3D 實體筋布置

OP10拉延3D實體（tǐ）阻力筋設置分布情況：整體拉延圓筋半徑R8mm，仿照分模線外移擴大15mm布置，共分（fèn）為9段方便局部阻力調整。其中筋2、筋3、筋4和筋8因流料需要阻力係數設置為0，筋5、筋7和筋9因需控製兩端頭走（zǒu）料和回彈阻力係數設置分別（bié）為0.309（547N/mm）、0.260（461N/mm）和0.381（674N/mm），筋1和筋6因需（xū）控製中（zhōng）間法蘭麵走料和回（huí）彈阻力係（xì）數設置為（wéi）0.187（331.0N/mm）。

圖7 拉延結束FLD 圖 圖（tú）8 拉延減（jiǎn）薄率雲圖（tú） 圖9 拉延（yán）起（qǐ）皺雲（yún）圖

OP10拉延結束FLD結果：成型力理論（lùn）812T，壓（yā）邊力理論120T，大減薄率為13%，產品麵區（qū）起皺最大0.04mm。

圖10 OP10 拉延回彈雲圖

OP10拉延（yán）結束回（huí）彈結果：非常產品區域向（xiàng）上最大+7.5mm，產品區域向下最大-4.5mm。

圖11 OP20/30 修邊回彈雲圖

兩序修衝結束回彈結果：產（chǎn）品（pǐn）區域向上最大+5.5mm，向（xiàng）下最大（dà）-3.2mm。

圖12 OP40 翻邊整形回彈雲圖

OP40翻邊整形結束回彈結果：產品區域向上最大7.28mm，向下最大-3.9mm。

實際分析過程中（zhōng）拉延開裂和起皺現象並存，采用先（xiān）優（yōu）化（huà）起皺（zhòu）再優化開裂的順序，對其OP10拉延筋位置、形狀、大小、模麵工藝補充麵形狀（zhuàng）和進料圓角大小、壓邊力以及板料尺寸（cùn）、位置和定位反複進行優化調整試驗。

為了更好控製材料流動速度（dù）和抑製（zhì）回彈量，沒有直接選擇產品四周法蘭麵作為壓料麵，而是直接外延增加工藝補充，促使成型過程（chéng）中材料被充分拉開（kāi）硬化。當OP20/OP30修（xiū）衝（chōng）結束後，產品局部位置因失去廢料，拉/壓應力迅速釋放造成回彈發生明（míng）顯趨勢和量變（biàn）化。

OP40翻（fān）邊整形工藝對前工序回彈矯正作用不是非常明（míng）顯，局（jú）部回彈位置反而有變嚴重（chóng）趨勢，成品回彈遠遠超過了產（chǎn）品GD&T中±0.4mm的（de）要求（qiú），不能用於指導模具製造（zào）和調試，基（jī）於（yú）回彈結果（guǒ）必須進行逐步反向（xiàng）補償優化至±1.0mm以內方可進行開（kāi）模。

同時這些回彈趨（qū）勢變化表明下步模麵設計過程中需要充分考慮全工序（xù）回（huí）彈補償，將回彈補償量合理分配到各個（gè）工序中去、型麵鑲塊需要分塊增厚便於型（xíng）麵多次（cì）降刀加（jiā）工等，為後期回彈整（zhěng）改提供便捷。

模具結構設計

該材質為超高（gāo）強板OP10拉延模模座主筋壁厚采用50mm且隨分模線靠內側凸模受力部位（wèi）均勻布置，壓邊圈采用內角導向，120T壓邊（biān）力采用21根錐形（xíng）頂杆（gǎn）腿支撐傳遞液壓墊壓力。另外考慮到該模麵後期需要進行多倫回彈補償加工，凹模和凸（tū）模首先采（cǎi）用MoCr合金鑄鐵分塊鑲塊，待後麵完成多倫回彈補償加工整改麵差在±1.0mm模麵之內且處於穩定狀態後，方可進行改用Cr12MoV硬料鑲塊。壓邊圈壓料麵在回彈整改加工內容比較少，則直接采用分塊（kuài）Cr12MoV硬料鑲塊研（yán）配合模，如此可以在模具整改加工效率和製造成本兩方（fāng）麵上取得一（yī）個很好的（de）平衡（héng）點。

圖13 OP10 拉延模下模結構

OP20和OP30工序內容為四周（zhōu）共6段分（fèn）切正修邊,OP20中間（jiān）衝兩大異形孔（kǒng），正衝11小孔，小端頭φ12.2圓孔與衝壓方向存在70°夾角；OP30中部孔（kǒng）與衝壓（yā）方向存在73°夾角，為保證這些孔形狀與產品數模一樣，則隻（zhī）能采用在壓料芯內部埋入吊斜暗衝孔。OP20小端頭修邊與（yǔ）衝壓方向存在64°修邊（biān）夾角，OP30大端頭修邊與衝（chōng）壓方向存在78°修邊夾角，上模壓料芯和修邊刀塊在壓料衝（chōng）裁過（guò）程（chéng）中存在較大的（de）側（cè）向力，因此在下模對應位置特意各增加了3處反側導板，保證（zhèng）壓（yā）料芯和上模在下行工（gōng）作時，提前進行導向反側，以便提高修邊質量和模具使用壽命。

圖14 OP20 修邊衝孔吊衝孔下模結構

圖15 OP30 修邊衝孔吊衝孔下模結構

OP40工（gōng）序內容為上/下翻邊、翻孔和四周（zhōu）法蘭焊接麵整形，采用傳（chuán）統“雙活”結構，先進行上翻邊和翻孔再進行下翻（fān）邊（biān），由（yóu）於既要完成翻邊壓（yā）料/托料又要完（wán）成整形，部（bù）分（fèn）整形麵隻能（néng）分在下模（mó）托料芯上，因此上模壓料芯和下模托料芯均需要在模具閉合（hé）時處於墩死（sǐ）狀態。另外在整形過程中上壓料芯同樣受到較大（dà）側向力，故也在（zài）下（xià）模適當（dāng）位置增加3處反側導板，以提高整形模工作的穩定性。

圖16 OP40 翻邊整形下模結構

模具調試整（zhěng）改

工藝分析和模具設計（jì）階段通過一係列反複回彈補償分析，結構上也是重點對可（kě）能出現的回彈麵進行預（yù）防控（kòng）製，首次出（chū）件狀態如圖17所示。

圖（tú）17

左/右中支（zhī）柱裏板超高強冷成型零件首（shǒu）次（cì）出件回彈趨勢基本與工（gōng）藝設計分析結果一（yī）致，零件整（zhěng）體兩端頭呈現向凸側外張下榻扭曲現象（圖17紅色與藍色（sè）區域），中部則是向凹側內凸現象，隻有介於中部與端頭之間部（bù）分位置區域才能與產品數據擬合一致（圖17綠（lǜ）色區域（yù）），實物左件單向回彈值（zhí）最大為+1.8mm/-1.0mm，雙向極差達2.8mm，實物右件單向回彈值最大為+1.3mm/-1.6mm，雙向極差達2.9mm。

分析出現這些問題原因主要可能（néng）有：①模擬分析（xī）過程中材料參數設定與實際調試材料存在一定的差別；②有限元建模采（cǎi）用的是剛性模麵，實際模麵（miàn）在受力成形過程會存在微（wēi）觀變形（xíng）；③模具實物加工型麵與數字模型無法完全做到（dào）一模一樣；④現場調試人員選擇調試參數與理論（lùn）計（jì）算有差別；⑤模麵研合率及粗糙度與分析過程中存在一定偏差；⑥現場設備精度失真造（zào）成調試壓力設置錯（cuò）誤；⑦生產過程退（tuì）料造成工序產品變形；⑧檢具夾鉗位置與回彈分析夾持點（diǎn）存在位置和力量偏（piān）差；⑨零件碼放重力造成部（bù）分位置受力變形；⑩檢（jiǎn）具錯誤和（hé）三次元等檢測工具精度失真也會造成測量（liàng）結果顯示錯誤。

而在實際整改過程中則需要（yào）對這些影響因素進行單項試驗分析識別與排除，如此才能製定的出行（háng）之有效的（de）方案。

現場（chǎng）回彈常用整改方法（fǎ）與流程（chéng）

製件實際回彈補償量與實調結果（guǒ）（以左件舉例）

圖18 左中支柱裏板實物圖

圖19 右中支柱裏板實物（wù）圖（tú）

最終製件關鍵位置測量狀態顯示如下（xià）：

持續數月輪番補償整改後，左/右件型麵檢測（cè）點麵差值基本已落在公差要求範圍之內，左件超差最大位置在小端頭，最大值為-0.9mm，右件超差最大位置在（zài）大端（duān）頭，最大值為-0.8mm。當前針（zhēn）對這些局部超差點采用的是“少量多次”補償整改策略，即每次（cì）局部（bù）補償量遞（dì）減少，提（tí）高上機調試驗證頻次，這樣能夠有效提高模具整改效率。

冷衝高強板開發（fā）經驗延伸

高強板零件開發（fā）難度比普板要大的多，重點在（zài）於型麵回彈整改控（kòng）製，既要考慮產品工藝性，又要考慮模具結構（gòu）性，回彈多倫（lún）整改調試（shì）的方便性，還要考慮生產設備噸位的局限性。

高強板成形過程中（zhōng）容易產生塑性硬化，因此需要盡可能一次成型（xíng）到位，應避免通過二次成型或是大整形工藝，否則容易（yì）造成整形開裂或是整形麵不平質量缺陷。

高強板（bǎn）成形過（guò）程中通常需（xū）求（qiú）的力量非常大，一些模具部件需要重點關注考慮反側向力問（wèn）題（tí），否（fǒu）則很容易會造成衝裁產生毛刺或是薄弱鑲塊頻繁損壞。

高強板零件質量狀（zhuàng）況多需要結合焊裝總成綜合來判（pàn）斷，當某一缺陷及（jí）其難以從根本上消（xiāo）除（chú）時，需（xū）考慮嚐試（shì）對其環境件進行匹配優化，最終確保整個總成能夠滿足裝車要求，而不僅僅隻是一味地追求單件的質量狀況，否則整改（gǎi）效（xiào）果會適（shì）得其反。

高強鋼板的模具型麵（miàn）研合率是決定產品型麵回彈穩定的關鍵點（diǎn），前後工序（xù）模麵的符型研合（hé）尤其重（chóng）要，現場驗收檢查該（gāi）類模具時，需要認真識別一些著色（sè）假象（xiàng）。

高（gāo）強板半工裝出件後不要盲目去進行回彈整改（gǎi），激光鐳射邊孔（kǒng）與模具修衝工藝有著較大（dà）的（de）差（chà）別，因此需要盡快完成全工裝模具進行聯調改模，各工序綜合分析才能製定出合理有效（xiào）的整改方案。

高強鋼板零件質量達到一定（dìng）質量指標後，一些對設備參數、精度比較敏感（gǎn）的（de）模具需要盡快進行（háng）母線調試匹配，如此會大大縮短整改周（zhōu）期和（hé）調試成本。高強（qiáng）鋼板成形（xíng）過程（chéng）模擬的可靠性和準確性，仍然是CAE分析當前重點研究對象，全工序模擬(Fully cycle simulation)和回彈穩定性分析是必然的選擇，當（dāng）前的軟件數值模擬大多數用於產品型麵（miàn）趨勢變化判斷，具體各數值（zhí）造成的“假象”還需結合現場實際經驗進行（háng）靈（líng）活的判斷與識別，隻有提高高強板工藝和回彈模擬的水平，才能切（qiē）實提高單出製件精度。

采用仿真模擬過程中，材質（zhì）各項參數以及各工序力量設定須與實際生產材料接近，可以提（tí）高仿（fǎng）真模擬的精（jīng）準性。

製件整改調試過程中需要逐步做好板料毛坯尺寸，壓機設備參數優化和固（gù）化，同時需做好調試驗證記錄，方便日後（hòu）進行經驗分析總結。

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