Autoform在某车型顶窗框的冲压工艺优化的应用

王劲松 俞亚昕

摘 要：在车型的全生命周期中，针对部分生产频次较低的局部零件的变更，通过Autoform仿真模拟后对现有模具进行改进，是较优的解决办法。文章通过对某车型顶窗框的改进，展示了该方法在工艺改进上的优异之处。

关键词：Autoform；工艺改进；CAE分析

中图分类号：U466 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）12-116-03

Abstract： In the full life cycle of a models， improve the dies through the simulation with Autoform is the best solution for the part which doesnt produce a lot.This paper shows the excellence of this solution with an example.

Keywords： Autoform； Technology Development； CAE Analysis

CLC NO.： U466 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-116-03

前言

在车型的全生命制造过程中，常出现零件局部变更的情况，对于小众状态，重新开发模具会导致生产成本过高，通过钣金改制等方法又存在生产效率过低等问题，所以在现有模具上进行改进，是较优的处理方法。而涉及工艺性分析的，使用Autoform薄板冲压成型仿真方法是较为通用的方法之一，其具有操作简便、分析状态可靠等特点，能较好的提高工程方案的可靠性，有效的缩短方案制定周期。

在本次顶窗框的工艺优化中，我们将使用此软件对工艺设计过程进行辅助，对现有模具在产品新状态的工艺改进方法进行介绍。

1 实施方案介绍

1.1 某车型顶窗框冲压生产工艺介绍

某车型驾驶室顶窗框根据用户需求可细分为有顶窗和无顶窗两种状态。相应零件顶窗框选用分别为标准顶窗框（带天窗）和平顶顶窗框（无天窗）两种状态。其中平顶顶窗框是由标准顶窗框成品改制而来。

1.2 在原产品工序上进行更改可实施性分析

如上文所述，原方案采用标准顶窗框进行改制，在钣金使用等离子切割的手段，对翻边处进行尺寸变更。若按一般设计思路，需要在标准顶窗框的原工序基础上，增加修边工序，使钣金等离子切割尺寸在冲压工序修边工序得到实现。

但原工艺设计时，因为顶窗框拉延深度过大，其采取的是两次拉延的工艺方法实现较大的拉延深度，在OP30中部修边沿拉延圆角进行工序加工，OP40进行翻边，OP30即使进行修边线的调整，如图3所示，也无法满足等离子切割尺寸（等离子切割处>20mm）。如果在此工序上进行变更，需进行铸造模具的制作，在成本上也较难让人接受。

1.3 粗修、拉延的方案分析及确认

对制件的装配使用情况进行确认，再根据其所使用的具体要求，确认工艺方案，是较为合理的方案分析方法。

我们对此制件在装焊、总装的使用情况，进行了确认，如图4。

经过确认，在其与高顶不同的翻边部分，其使用的有效孔位非常的少，仅有在OP80序的4-?7.5孔，如上图所示，用于总装的内饰顶衬的装配使用，而其减少的边的高度方向上，仍有10-15mm的空间，此制件在顶部的装配要求，并不严格，鉴于此，我们尝试使用落料、拉延的思路，来对此制件进行工艺性分析，用于确认，采用粗修的方法，是否能完成拉延过程，且尺寸在±5mm内，能否得到相应的质量保证。

1.4 AUTOFORM模拟工艺分析

我们通过AUTOFORM软件的落料、拉延模块，对此制件进行模拟工艺分析。

工艺参数的设定，我们尽量模拟当前的工况，用以确保模拟分析结果与现场实际结果的一致性。

在拉延工序的工步设计上，我们根据实际工作情况，设计了重力（gravity）、闭合（closing）、拉延（drawing）、破料（cutting）、拉延（drawing）5个工步完成相关模拟工作。

参数设计上，我们根据实际情况，采用了450千牛的压边力，在闭合后2mm，进行两端头的切断，落料线及切断线如图5所示。

通过我们对中部冲孔线的返算修正、模拟，得到了理想的冲孔线形状，确保了冲压拉延成形性及拉延后尺寸，坯料落料后形状如图6：

下面我们从模拟的局部来进行制件成形性分析，图示7及图8分别为模拟拉延前与拉延成型后的状态。

制件成型危险点，即制件圆角处，状态较好，未出现红色开裂区域，表示此制件的成形性能满足冲压生产需求。

从制件尺寸来看，我们可以对其修边线进行调整，以确保翻边后尺寸符合产品使用需求。经过我们对于修边线的反复调整，确定了拉延后余下22mm，此状态满足产品设计尺寸。

理论设计完成后，我们安排了对坯料的激光切割，用于对模拟情况进行确认，切割及拉延试制情况如图9。

用于激光切割的坯料，其切割线与工艺模拟分析切割线保持一致，并安排进行生产加工。生产加工的情况，与AUTOFORM的模拟分析结果基本一致。

得到此结论后，我们根据其装配使用需求，考虑到后期大批量生产时，可能出现的定位未按要求进行放置等问题，用等离子对切割线进行微调，增加产品加工时的质量安全裕度，加工过程如图10。

在工艺设计完成后，我们将原工艺加工流程，改为了新的工艺加工流程，采用落料、拉延.......代替原钣金等离子切割，具体过程如图11。

2 平顶顶窗框模具设计及制作

完成工艺设计后，我们按所设计的新的工艺流程，增加一序落料工序。因为是平板落料工序，我们采用低成本的钢板模完成本工序的加工内容，为了进一步降低成本，我们使用了原冲压车间废旧钢板模模座进行了改制加工，使其发挥新的作用。

钢板模结构采用最基本的下凸、上凹的形式，上模使用压料芯，导柱导正，下模使用退料板，模具设计图及实物图12所示。

因为此工艺设计方法无内圈精修的工序内容，所以在落料工序采用四周定位的方式进行定位作业，虽然对于手工生产线来说，效率会受到较少的损失，但是在本工序，确保定位的准确性，使拉延工序能順利进行，是更为关键的控制要素。

3 结束语

本文通过平顶顶窗框的冲压工艺的优化全过程，对已开发制件的改制方法上进行了摸索，可根据实际使用需求，结合CAE分析方法，可快速、有效的完成工艺设计工作，能有效的降低产品实现成本，对产品局部变更，特别是涉及工艺性分析的项目，效果显著。

参考文献

[1] 张永波.板料成形CAE设计及应用-基于Autoform（第二版）[M]北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[2] 林通.Autoform4.0钣金冲压成形分析从入门到精通[M]北京：机械工业出版社，2010.

[3] 郑展.冲压工艺与冲模设计手册[M]北京：化学工业出版社，2013.

[4] 柯旭贵.冲压工艺与模具设计[M]北京：机械工业出版社，2012.