一体式深拉延后地板CAE仿真分析及成形缺陷控制

文/罗宇·广汽集团乘用车有限公司制造部

一体式深拉延后地板CAE仿真分析及成形缺陷控制

文/罗宇·广汽集团乘用车有限公司制造部

CAE仿真分析技术在现代模具开发过程中的应用越来越广泛，对于模具设计和调试的指导意义也越来越重要。将一体式深拉延后地板作为范例，展示整个仿真分析过程和缺陷控制的方法，可为此类后地板成形工艺的制定及缺陷控制提供一定借鉴。

随着汽车工业的飞速发展，车型更新换代的周期越来越短，随之而来的是模具设计和调试周期也需要相应地缩短。在这种情况下，利用CAE成形模拟技术进行冲压工艺方案及成形性的分析与论证成为了最核心的技术。在汽车覆盖件的冲压领域中，后地板是车身外覆盖件中的关键部件。由于本厂某车型底盘覆盖件设计只分前地板和一体式后地板两个零件，因此一体式后地板（图1）为前凸后凹的设计，这种零件几何尺寸大、形状复杂，成形缺陷难以预测。

本文采用CAE技术就一体式后地板拉延成形过程进行了仿真模拟并制定了相应的成形工艺，针对比较常见的成形质量缺陷进行预测，包括备胎仓开裂问题、备胎仓上部起皱问题、零件前部拉延开裂问题等，并针对这些问题采取工艺补充造型手段予以解决，为此类一体式后地板成形工艺的制定与缺陷控制提供一定的借鉴。

图1 后地板零件示意图

制作工艺补充面并根据软件设定参数

⑴利用CAD软件在数模的基础上制作拉延工艺面，工艺人员根据经验设计工艺补充面及分模线走向。设计时的主要依据是零件的形状和各部位拉延的难易程度。一个制件的工艺性、成形性及稳定性的好坏，除产品设计因素外，很大程度取决于拉延工艺补充造型的设计，这将直接影响到产品质量的好坏、生产过程的稳定性、生产成本以及材料的利用率。

⑵一体式后地板零件的第一次工艺补充面设计，如图2所示，将设计好的模面导入CAE分析软件中进行分析。初次工艺补充面的设计思路是尽量以吻合零件数模的状态进行设计，避免后序的整形及二次拉延，根据零件成形时材料流动的情况设计拉延筋的大小及位置。其次，进行冲压方向、压边力、板厚、材质等参数的设置，所有设置完后开始进行如图3所示的分析。

图2 设计好的工艺补充面及分模线走向

图3 设置好上下模及相关参数

⑶根据分析结果，零件两侧台阶处有很严重的开裂现象（图4），为解决此问题需要调整成形工艺。考虑到零件两侧的拉延成形量较大，拉延高度为120mm，R角较小只有25mm。因此，在零件两侧台阶处不进行1次拉延成形，而是采用整形工艺，即把拉延深度降低，后序再进行整形（图5）。这样既降低了拉延的高度，也使压边圈趋势比较平缓，能够改善零件两侧拉延开裂的现象，见图6。

⑷按照此方案进行数值分析，零件两侧开裂的现象成功消除，见图7。

图4 分析结果

图5 曲面

图6 过拉延工艺的拉延补充面

图7 拉延分析结果

⑸检查拉延过程中发现离闭合高度约30mm的位置零件两侧起皱严重，尤其是零件左侧很难将起皱部位展开，见图8，经过分析决定通过修改工艺补充面改善起皱问题。

图8 闭合高度前30mm状态

图9 修改后的工艺补充面

图10 闭合高度前30mm状态

⑹成形过程备胎仓材料流入较大，导致备胎仓周边材料过剩堆积，但零件两侧外部形状较少，尤其是零件左侧，无法吸收堆积的材料。如果零件两侧采取拉延筋锁死控制材料流入的办法，备胎仓成形时必然会开裂。为解决这个矛盾，在起皱严重的零件两侧材料流入侧追加2个凸包（180mm×97mm×35mm），详情见图9，用以吸收成形时流入的材料，同时调整凸包外侧的拉延筋改变该区域的材料流入量，达到既解决零件该处起皱又有效控制备胎仓开裂的目的。从调整工艺后分析结果看，零件还存在部分开裂（图11），这些缺陷可以通过调整拉延筋消除，由此确定工艺补充面及分模线。

图11 修改后的拉延分析结果

调整拉延筋解决零件表面缺陷

为实现拉延筋调整的便利性，在分析后地板成形性时采用虚拟筋进行分析，可在CAE软件上比较方便地实现调整拉延筋的大小和类型，从而控制材料的流入量来消除零件的缺陷。

观察成形分析后的零件状态，备胎仓处开裂较严重。针对此问题，调整后侧和两侧偏后的拉延筋锁紧力。此外，零件前侧的拉延不够充分（主应变小于2％），对此需要增加前侧的拉延筋锁紧力。经过多次调整后，两侧的零件参数由0.8mm调整至0.6～0.7mm，后侧的参数由0.5mm调整至0.3～0.4mm，前侧的参数由0.3mm调整到0.5mm。对以上拉延参数进行调整后，备胎仓处开裂和拉延不充分缺陷得到了改善。

整个分析过程中针对每个缺陷的对策调整不是都有效，因此共进行了约10版成形分析，但此处因为篇幅所限没有将每1版的分析结果进行说明。如最终的分析结果所见，并不能把所有的缺陷消除，需要模具制作完后依靠钳工对零件成形缺陷进行改善。CAE仿真分析可以从仿真过程和分析结果中清楚体现零件的成形缺陷，针对各种缺陷反复调整成形工艺，有效避免重大零件缺陷，并能有效指导模具的调试，缩短了整个模具的调试周期。

罗宇，新车型导入技术员，从事汽车外覆盖件的工艺规划、工装模具导入等工作。

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