魏（wèi）霄俊（jun4）

（同濟大學汽車學（xué）院，上海（hǎi） 200092）

摘要（yào）：為（wéi）解決某車型左前門鉸鏈處（chù）變薄問題，通過計算機軟件建立研（yán）究模型，開展了衝壓成型仿真研究，運（yùn）用正交試驗法對摩擦因數、壓邊力、壓邊圈行程等工藝參數展開係統研究，獲取最佳參數組合（hé）後開展現場試驗，結果（guǒ）表明零件變薄率達（dá）到（dào）最優狀態，所提出的分析方法可為汽車企業衝壓零件外觀（guān）缺陷問題提供解決思路。

關鍵詞：汽車衝壓件 表麵質量 CAE 正交試驗

1 前言

衝（chōng）壓（yā）是整車生產中的重（chóng）要步驟，亦為製造流程中的首個工藝。

汽車衝壓件的質（zhì）量問題中，零件變薄所引起的開裂、縮頸、剛性不足等缺陷一直是整車廠重點關（guān）注的問題，它不僅影響車（chē）身外觀質量，更可能對（duì）整車安全性和功能性產生影響。

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以往，汽車企業在衝壓件批量（liàng）製造過程中的品質改善基本依靠現場工程師的個人能力。

本（běn）文以某車型前門內板，仿（fǎng）真計算和正交（jiāo）試（shì）驗法為基礎，開展衝壓成型仿（fǎng）真研究，針對門鉸鏈處（chù）變薄問題（tí）提（tí）出了最佳參數組合並進行了試驗驗證。

2 CAE仿真分析（xī）

2.1 工（gōng）藝數模建立

目（mù）前汽車衝壓成型 CAE 軟件以 AutoForm、 DYNAFORM、PAM-STAMP 為主，前兩個軟件使用（yòng）較多，而且 AutoForm 易於上手，因此本文使用 AutoForm 開展分析。

AutoForm 建（jiàn）立的工藝補充麵拙劣（liè），無法達到生產要求，因此選擇 3D CATIA 來創建工（gōng）藝模型。

在（zài）創（chuàng）建工藝模型時，關（guān）聯運動角度、後續衝裁、整形尺寸和角度。

模型創建完成後，選擇（zé）數據轉換接口（IGES 等（děng）），把曲（qǔ）麵模型轉換到AutoForm中。

2.2 坯料（liào）輪廓線定義（yì）

前門內板零件相對於外覆蓋件造型簡單，故在定義坯（pī）料輪廓線時（shí）根據經驗通常（cháng）選用方形（xíng）料，然後使用 AutoForm 分析（xī）調整坯料。

圖 1 所示為某車型左（zuǒ）前門內板坯料形狀及規格，使用剪切（qiē）工藝來生產板（bǎn）料。

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2.3 網格劃（huá）分

AutoForm提供2類網格劃分方式，各自（zì）要求有（yǒu）著很大的區別，坯料網格主要用（yòng）於參與計算，工具網格主要用於接（jiē）觸判（pàn）斷。

坯料網格劃分結果如圖2 所示，因為要參與CAE計算（suàn），所以對網格部分的（de）要求較苛刻。

坯料網格的優點為單位尺寸相對平均，無畸形單位，還能達到網格相容性要求。

2.4 材（cái）料指標確定

通常，材料都展現出各向異性（xìng），按照彈性及塑性模量的變（biàn）形要求，除設置屈服強度σ₀、抗拉強度（dù） R_m 外（wài），還需設置 0°、45°、90°方向的塑性應變比，分（fèn）別為r₀、r₄₅、r₉₀。上述（shù）指標應盡量通過試驗獲取。

本文左前門（mén）內板采用寶武 DC56D+Z50/50 材料，按照表 1 所示的性能指標建立匹配的數據庫（kù），應力應變曲（qǔ）線如圖3所示。

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2.5 拉延筋設置

如圖4

所示，因為左前門內板（bǎn）仿真時選擇單拉深筋（jīn）一般無法（fǎ）很好地（dì）優化板料阻力和流動程度，所以此（cǐ）處左前（qián）門內板的等效筋要求不少於2道。

等效筋數量的不當定義常導致材料報廢，所以零件開發階段就要全方位衡量材料性能參（cān）數、拉延筋分配量及材料有效使用率。

2.6 摩擦（cā）因數設（shè）置

衝壓拉延時，摩擦主要存在於模具與料片間，在製造（zào）過程中以監控衝壓線清洗機的油（yóu）量實現摩擦因數控製，但軟件模擬時一般使用恒定的數值（zhí），本文仿真過程設摩擦因數為0.15。

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2.7 定位距設置（zhì）

考慮到左前門內板的材料長度約（yuē） 1 900 mm，寬度約1 500 mm，加上壓邊圈的（de）曲率作（zuò）用（yòng），使得製造時料片發生側移導致仿真偏差。

故前期通常選擇定位距來保證材料的位置，如（rú）圖5所（suǒ）示。

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2.8 工具定義

2.8.1 壓邊中心

如圖6所示，其包含4部分內容：None定義為軟件仿真全程壓邊力一直作（zuò）為平均安置狀態；Tool center / Blank center 定義為壓力焦（jiāo）點和產品焦點匹配偏差，壓邊圈出現歪斜，造成（chéng）壓（yā）力分布非均勻（yún）。

2.8.2 壓邊圈剛度

考慮到非均勻壓（yā）邊力的情況，將壓邊圈定義為彈性體（tǐ），其餘定義為剛體。修改其剛（gāng）度是均勻分配壓邊力的一種手段。

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2.8.3平衡塊

優化（huà）平衡塊可最大限度地防止壓（yā）邊（biān）力（lì）聚集於一處。

2.8.4 拉延筋挺舉力

它可使壓邊圈出現歪斜，引起壓邊力分配偏差。

壓邊中心不允許定（dìng）義為None，開啟運算（suàn）（允許選擇操作模式）為拉延筋出現（xiàn）挺舉力的前提。

2.9 建立工序模具

拉延為料（liào）片在模具（jù）活動時發生走料變（biàn）形，一般情況下為首道工序（xù），也是後續全部工序的基礎。

拉延決定著產品平直、製（zhì）造節拍及（jí）製造（zào）運營費用。

拉延工序設計過程中，要全麵權衡拉延角度（dù）、材料規（guī）格、壓邊圈等要素的幹擾，工（gōng）藝補（bǔ）充麵參數多，如工藝規劃、設備衝次、拉延（yán）力、材（cái）料性能指標、清（qīng）洗機油量等。

根據經驗，上述因素對零（líng）件（jiàn）品質的影響程度和方向存在差異，同時（shí），各因素內部亦存（cún）在複雜的關係。

如（rú），拉延力和清洗（xǐ）機油量的改變（biàn）均會導致門鉸（jiǎo）鏈區域的材料厚（hòu）度變化，上述波動有時發生累積作用，有（yǒu）時亦會發生中和作用[1]。

受限於客觀條件及成本，本（běn）文對衝壓製造時可監控的（de）指標數據的3個要素展開研究：摩擦因數（即匹配製造時擠幹輥壓力）、壓邊力和壓邊圈行程。

根據以往經驗，這3個（gè）參數是導致零件開（kāi）裂的重點要素。

同時，根據（jù）之（zhī）前衝壓製造過程的（de）調試記錄，上述3個要素亦是左前（qián）門（mén）內（nèi）板門鉸鏈處變薄率異常的最主（zhǔ）要原因。

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