1、Hot Working Technology 2013，V0142，No1侧围外板冲压工艺分析向小汉r柳州职业技术学院机电工程系。广西柳州545006)摘要：根据某整体侧围外板的形状和产品要求，对其典型部位进行T-r艺分析。在工艺面设计中利用AutoForm软件对侧围外板拉延件的成形进行了仿真，对工艺补充部分进行了多次调整，得到了优化后的工艺数模，并制定出侧围外板各工序的工作内容。关键词：侧围外板；成形；AutoForm；冲压工艺中围分类号：TG316 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2013)01-007804Analysis of Stamping Process for S
2、ide W枷Outer PanelXL蝌G Xiaohan(Department of Mechanical and Elec缸ical Engineering，Liuzhou Vocational and Feehnieal College，Liuzhou 545006，China)Abstract：According to the requirement of shape and product of a whole side plate，the process of typical parts wasanalyzedThe side plate drawing forming Was s
3、imulated with AutoForm software in the design of process surface，andmany adjustments of the process addendum were carried outThe model of optimized process Was obtainedAnd the workprocesses of the side panel Were formulatedKey words：side wall outer panel；forming；AutoForm；stamping process侧围外板是轿车冲压零件中
4、外形尺寸最大、形状最复杂、最为关键的覆盖件，其成形难度大，模具结构复杂，目前国内能成熟制造和设计侧围外板模具的厂家很少。由于侧围外板是外覆盖件大部分表面是“A”级，质量要求高，装饰棱线应清晰且平滑过渡，“A”级面上不允许出现划痕、皱折、波浪、麻点、棱线不清、凹陷等表面缺陷，同时也不允许出现拉延不足造成的零件刚性不够的情况。与侧围搭接的零件很多，如前后门、前后地板、顶盖、翼子板、轮罩等等，这对侧围的尺寸精度提出了很高的要求。同时，侧围的形状必须与主模型一致，体现车身的造型风格。侧围外板冲压工艺制定是整个轿车车身开发的技术难点。1零件典型部位工艺分析下面以某车型的侧围外板为例进行冲压工艺分析。图1
5、为侧围外板零件略图，侧围外板材料为DC06FC，料厚为08mm，它是一种超超深冲用钢。收稿日期：20121017基金项目：2012年度广西高等学校一般资助科研项N(201203YBl961作者筒介：向d汉(1970一)，男，湖南石门人，高级工程师，主要从事模具教学、设计、科研方面工作：电话：13978022576；E-mail：xxh22576163cornB图1侧围外板零件略图Fig1 Side plate parts其屈服强度为110170MPa。其抗拉强度不低于270MPa，断后伸长率不低于41。零件外形尺寸约为2 330mmxl 3 10mmx230mm。大型汽车覆盖件除落料外都是生产
6、线冲压生产，大多采用机器人自动送料、取料。侧围外板前面两道冲压工序依次为落料、拉延。落料模不上自动冲压线，需另外开卷下料。本零件冲压生产安排在四工位的机器人自动冲压线上，除落料工序外。用四道冲压工序完成，冲压工艺制定首先要考虑零件的成形工艺，保证产品的外观质量，另外要考虑材料利用率、模具使用寿命、生产操作等等。不同车型的侧围外板结构相似，其冲压工艺难点及解决方法也有相似之处。下面对零件的几个典型部位进行工艺分析。11侧围上部与顶盖搭接处万方数据热加工工艺2013年1月第42卷第1期图1中A、B为顶盖搭接处。此处产品形状为弧形，属于外表面，形面有负角，必须利用斜楔机构侧整形才能得到产品形状。在侧
7、整形时负角部分与外表面太近，材料流动难以控制会造成“A”级面变形，侧整后负角部分容易出现起皱、回弹等质量问题，影响搭接边焊接。对大多数覆盖件来说，拉延之后的修边工序尽量采用正修，不用侧修。如采用侧修会使模具尺寸变大，钳工研配的工作量增加。另外，侧修废料一般是从下模斜楔座下面滑出去的，滑出空间受限，废料滑出角度受限。图2(a)、(b)是侧围上部与顶盖搭接处两种不同的方案。图2(a)所示，该处采用正修边一向下翻边一侧翻边整形，正修处台阶较宽，造成拉延时产品部分材料流动不充分，易出现轻微起皱；该处修边线与翻边整形轮廓距离远。修边形状与翻边后形状相差大，翻边时表面应力大，变形急剧，翻边处容易出现起皱甚
8、至叠料。图2(b)所示，此处采用的工序是侧修边_侧翻边整形，拉延形状接近产品形状，整形后产品质量能得到保证，同时控制拉延时材料从分模线处流入凸模时不会在“A”级面上产生滑移线，应采用此方案。(b)侧修边一侧翻边整形图2顶盖搭接处两种不同的设计方案Fig2 Two different design schemes of top cover jointA、B处侧整形时工作角度不一样，需分开完成。分别在第3、4工序进行侧整形，且两次侧整形交接处重合距离不小于150mm，以保证不同方向的侧翻交接处的产品质量。由于零件存在负角，该侧整形模具采用复杂的内外滑块复动结构，滑块外形尺寸大加工精度要求高。12后
9、轮罩区域图1的C处为侧围轮罩上部区域，该处形面较为平坦，拉延成形时材料流动少，表面变形不足，容易产生局部凹陷，零件刚性不够。另外后轮罩翻边处呈圆弧状，在轮罩上方延长面上做拉延工艺补充，进行垂直修边后再向下翻边，会产生开裂。这是因为其翻边轮廓曲率是内凹的。向下翻边的金属材料受拉应力，周向产生伸长变形，厚度会变薄，最大周向拉应力发生在变形区的外边缘，当其拉应力达到极限时则翻边处发生破裂。该处采取的措施如图3(a)，在翻边处过拉延2mm做一个低下去的凹坑，该段修边线落在凹坑里，起“贮存材料”作用，使翻边高度减少，材料流动容易；另外在外侧增加一条吸料筋，让材料在拉延时得到充分延展，提高材料变薄率。图3
10、(b)为该处断面图。料筋(b)轮掣刚弧删迦处法川鼬【f【JH图3后轮罩区域Fig3 Rear wheel housing area13门框下部区域门框下部区域见图l中D、E处，门框底部与侧围下部外表面的高差较大，如D处深度达到120mm以上，另外，这两处转角和根部圆角小，材料流动困难。零件拉延时，该处角部材料受到拉应力作用且较小的过渡圆角形成的尖角容易出现应力集中，材料变薄最严重，局部区域变薄率达到20，极有可能出现破裂。处理的方法有：调整压料面，使进料速度不要相差太大；调整内、外压料面上的拉延筋。调整进料速度；加大零件的圆角和工艺补充面圆角。门框部分需要后工序整形。本零件的两个门框部分形状在
11、拉延之后要进行整形。14易裂处做过拉延处理零件型面上过渡急剧，圆角小的部位在成形时万方数据Hot Working Technology 2013，V0142，No1易开裂在工艺设计时应做过拉延处理。图1的F区域是三角窗与后门框立壁交汇处，多个曲面在此交汇，型面之间的过渡圆角小，拉延时材料流动困难在交汇处容易产生应力集中，发生开裂。同样，图1G处，尾灯近后保险杠侧壁处的根部圆角和拔模角度小拉延时材料流动困难，容易出现开裂、棱线不清晰或凹陷等缺陷。图1的H处也处在两立壁的交汇处，容易发生开裂。以上这些部位应做过拉延处理，把产品圆角适当放大，通过后工序翻边整形得到产品形状。图4(a)零件上加粗轮廓部
12、分是要做出过(a)过拉延示意图 一拉延处理的区域，图4(c)为断面MM处过拉延简图。图4rd)为其过拉延局部放大图，在向下翻边处产品圆角为R3mm。在拉延工艺面中设计为R6mm，工艺面侧壁向外偏移，拉延成形不会开裂，由后序的翻边整形工序得到产品最终形状。工艺凸包是拉延工艺面上一种造型结构，起吸料作用它能调节材料的伸长率，使相邻型面间的伸长率平缓过渡，从而减少起皱的可能；还可提高制件的刚性，进一步提高制件表面质量。从图4(c)看出在工艺补充面上设有工艺凸包。另外，在拉延深度变化工艺补充(b)工艺凸包 (c)断面M-M处过拉延简图图4侧围过拉延处理工艺补充(d)断面M-M处过拉延局部放大图Fig4
13、 Over drawing processing of side wall大的T处布置工艺凸包(图4(b)，可以吸收转角处 序的冲压方向相同，两者相差8。，其目的是防止拉多余的材料，保证此处的外观棱线清晰且不跑位，避 延时侧围下部(即门槛处)凹模口与板料接触时拉延免起皱现象。 变薄产生的痕迹随材料的流动爬到零件表面。形成2成形分析侧围外板的成形分析需结合CAE分析软件进行。本例以AutoForm软件进行有限元模拟计算以igs格式输入数据后，进行设置、处理、运算等，从分析结果可以直接观察到拉延过程中破裂、变薄、伸长、起皱情况，得到成形极限图、材料流入量、滑移和冲击线、成形力等，为工艺设计、现场调
14、试模具提供依据。21冲压方向和拉延工序压料面以产品数模进行冲压工艺分析。首先做的就是确定冲压方向和压料面。冲压方向制定时要确保该工序的工作内容没有负角。也要考虑修边和冲孔角度，修边角度一般不超过150，冲孔角度一般不超过100。另外，还要考虑板料在拉延过程的接触与进料情况，与拉延毛坯接触面积尽量多，这样可使拉延毛坯在拉延过程中避免窜动，不会产生线位移，以确保产品质量；还要尽量保证多点、同时接触，这样可使拉延件各处拉延深度均匀，板件各处变形较稳定，特别是在整体侧围外板的两个门洞外有几个直壁面该处比较陡且拉延深度较大。零件第1工序(即拉延)的冲压方向同第2工序(即修边冲孔等)，后两工冲击线。压料面
15、设计是拉延工艺补充重要的一步。压料面应光滑平顺，拉延深度小，使材料流动顺畅，成形质量高，材料利用率高。压料面可以在AutoForm软件上生成，在CATIA软件中作进一步处理。一般汽车覆盖件拉延模的压料面在零件外周，只有外压料面，而侧围外板有两个门框结构，有内、外压料面，这三处压料面实际上是形成一个整体。一个大的光滑平顺的曲面，图5(a)为侧围外板零件和压料面。对应于本拉延模，有三个压边圈，两个内压边圈依赖氮气弹簧压料，外压边圈则不一样，通过下工作台上的气垫顶杆顶起来，它们的运动行程为160mm。图5(b)为侧围外板拉延工艺面。22建立拉延工序有限元模型本零件形状复杂，拉延工艺补充面设计在CAT
16、认软件中完成，得到拉延模型面，再以igS格式导入到AutoForm中，进行网格划分和参数设定。AutoForm网格自适应功能强，定义网格大小、最大表面误差值后能迅速完成高度复杂自由几何曲面的自动网格划分。AutoForm以BT壳单元进行几何离散，用隐式增量有限元迭代求解，准确率高。成形参数设定一般板料与模具的摩擦系数设为O15。冲压速度万方数据热加工工艺2013年1月第42卷第1期(bJ删蚓外_|i妒延艺晒图5拉延工艺补充Fig5 Drawing processing supplementV=Ims，压边力芦3ma，计算精确度按常规进行计算。拉延用板料线需多次模拟分析进行优化得到图6(a)中外
17、周、门框内的双点划线部分就是拉延用板料线，中间有两个大孔在落料时要冲出。CATIA软件里进行工艺面设计时暂不设置拉延筋。而是在AutoForm中用虚拟拉延筋进行分析计算和优化。内外压边圈上均设有拉延筋(图6(a)，拉延深度较大处如两个门框下部设置一道拉延筋。个别拉延深度较浅位置设置了两道拉延筋，如侧围上部与下部，设置两道拉延筋处的断面图见图6(b)。(b)设置两道拉延筋图6拉延筋布置Fig6 Drawbead layout23有限元模拟分析结果设置各项参数后提交计算，进行有限元模拟分析。分析结果形式多，如FLD图、成形性能、变薄率、材料厚度、主次应变、滑移线等。做成形分析时需多次优化、修改，及
18、时调整工艺面上易裂部位的圆角和拔模斜度、板料内外部形状、拉延筋强度和位置、压料力等。图7为变薄率分析结果产品部分材料变薄率都在3以上，材料变形较充分，允许废料区局部变薄率小且有轻微的起皱。变薄最严重的位置在侧围两个门框的下部。其变薄率接近20此处有开裂倾向，可以通过钳工现场调试解决，调整后的结果达到了预期目标。图7材料变薄率分析结果Fig7 Analysis results of material thinning rate3拉延后各工序冲压内容侧围各部分冲压内容多，用到旋转斜楔、复动斜楔等复杂模具结构，工序少，用四副模具完成(不含落料)，模具结构要求很紧凑。拉延后只有三道工序来完成冲压工作这
19、三道工序的工作内容的合理安排是冲压工艺设计的关键内容。同一部位的冲压工作内容有先后顺序之分如侧围两门框处侧冲孔应在整形后进行。侧围底部的侧冲孔工作也应在修边、整形后进行。除此之外工序安排考虑的因素还有很多，比如修边冲孑L废料应自动滑出，同一工序的各模具构件不能有干涉各工序模具的部件强度能满足使用寿命和安全生产要求等。例如，本零件门框内孔修边不能在同一道工序完成，否则废料无法滑出，模具强度弱；侧围上部与顶盖搭接处两处侧翻边要分别在不同工序完成两个斜楔的运动方向不同。经过反复推敲。最终确定了拉延后各工序的冲压内容。24冲压工序工作内容为TR+PI+CTR+CPI(修边、冲孔、侧修边、侧冲孔)，见图
20、8(a)。34冲压工序工作内容为TR十FL+RST+CRST(修边、翻边、整形、侧整形)，见图8(b)，门框内局部区域修边与整形复合在一起。44冲压工序工作内容为TR+PI+CPI+FL+RST+CRST+BUR(修边、冲孔、侧冲孔、翻边、整形、侧整形、翻孔)，见图8(c)，侧冲孔和大多数冲孔工作要在整形之后才能做。 (下转第84页)田万方数据Hot Working Technology 2013，V0142，No1究模具参数对型材成型规律的影响兼顾数值模拟和正交试验的优点，为模具的优化设计提供新的思路。选取模具参数中对挤压成形有较大影响的三个因素：工作带长度L，焊合室深度和焊合角口，并各取三
21、个水平。选用正交表【目并应用数值模拟软件对6061异形管材挤压过程进行数值模拟虚拟试验，试验结果如表3所示。通过虚拟正交试验可获得各因素对挤压力峰值的极差值R，进而获得影响各优化指标的因素主次顺序：RLR。R。，即影响最大挤压力的因素主次顺序为：工作带长度D焊合角痧焊合室深度h，说明工作带长度对于挤压力峰值的影响最为显著。6061铝合金异型管材分流挤压过程中，合理控制载荷的大小，对保证模具的使用寿命、降低挤压设备吨位、节省能源都有积极影响。由表3可以看出不同试验条件下挤压力峰值的变化情况，直观分析的最优水平组合为试验1，即最优水平组合为焊合室深度h=20mm，焊合角0=-350，工作带长度L=
22、5mm。4 结论(1)建立了可靠、适用的6061铝合金异型管材分流挤压工艺过程的DEFORM3D有限元模型获得了挤压过程中挤压力的变化规律和坯料金属温度的分布规律及特点。(2)通过虚拟正交试验，揭示了影响挤压力峰值的因素主次顺序为：工作带长度焊合角焊合室深度。(3)以降低挤压力峰值进而提高模具寿命、降低设备吨位、节省能源为优化目标，获得了该规格管材分流挤压工艺最优水平组合为焊合室深度20mm，焊合角35。，工作带长度5mm。参考文献：1】 白星良 有色金属压力加工【M】 北京：冶金工业出版社，20042 赵培峰，任广升，徐春国，等6061铝合金材料常数的研究J】塑性工程学报，2006，13(4
23、)：80813 陈剑虹，赵锡龙，乔及森6061铝合金反向热挤压工艺参数优化及其模拟【J】兰州理工大学学报，2008，34(6)：5-84】Duan X J，Velay X，Sheppard TApplication of finite elementmethod in the hot extrusion of aluminum alloys【_】MaterialsScience and Engineering A，2004，369(1)：66755】 张君 大型铝型材等温挤压技术中的关键问题研究D】西安：西北工业大学，20046】 张莉，李升军DEFORM在金属塑性成形中的应用M】北京：机械工
24、业出版社20097 毛萍莉，苏国跃，杨柯用空心铸坯热挤压成形奥氏体不锈钢管田热加工工艺，2002，31(1)：25298】 杨合，詹梅材料加工过程实验建模方法【M】西安：西北工业大学出版社，2008母(上接第8l页)(a)侧围24冲压工序工作内容4结语(b)侧围34冲压工序工作内容 (c)侧围44冲压工序工作内容图8拉延后各工序主要工作内容Fig8 The main working content of every procedure after drawing process整体侧围是质量要求高的大型汽车覆盖件。利用有限元模拟分析可以预见成形缺陷。根据分析结果调整工艺补充、拉延筋、拉延板料线
25、、压边力等，进行优化处理，提高工艺设计的水平和效率，缩短模具调试时间。同时，侧围冲压工作内容多，模具结构复杂，工序数受限，合理安装各工序的冲压工作内容是关键的一步，它直接影响模具结构、模具强度和冲压产品的质量。田万方数据侧围外板冲压工艺分析作者： 向小汉， XIANG Xiaohan作者单位： 柳州职业技术学院机电工程系,广西柳州,545006刊名： 热加工工艺英文刊名： Hot Working Technology年，卷(期)： 2013,42(1)被引用次数： 9次引证文献(8条)1.向小汉 试谈汽车模具开发期刊论文-柳州职业技术学院学报 2015(5)2.陈文勇 卡车纵梁落料冲孔模设计期
26、刊论文-模具工业 2014(02)3.林泉,刘驰 前副车架上板冲压工艺及拉延模设计期刊论文-锻压技术 2015(04)4.关意鹏,向小汉 汽车顶盖的带切换机构翻边模设计期刊论文-锻压技术 2014(12)5.刘驰 侧围外板冲压成形仿真技术与应用期刊论文-锻压技术 2014(01)6.陈文勇 汽车挡泥板冲压工艺的改进期刊论文-锻压技术 2013(06)7.刘驰 翼子板冲压工艺及成形分析期刊论文-锻压技术 2014(04)8.刘驰 防止座盆拉延件开裂的工艺改进期刊论文-锻压技术 2014(03)引用本文格式：向小汉.XIANG Xiaohan 侧围外板冲压工艺分析期刊论文-热加工工艺 2013(1)
