基于AutoForm汽车前纵梁外板延伸件的工艺分析及优化

基于AutoForm汽车前纵梁外板延伸件的工艺分析及优化

戚征

上海航空发动机制造有限公司   上海，宝山区  201900

本文以某车型的汽车前纵梁外板延伸件为研究对象，基于AutoForm软件平台，分别模拟了其拉延工艺方案和压型工艺方案。结果表明，拉延工艺方案的材料利用率为52%，压型工艺方案为81%。在保证产品质量的前提下，考虑到材料成本、工装成本、冲次费用等因素，决定用压型工艺方案替代常用的拉延工艺方案：同时，进一步深入分析了压型工艺方案的可行性，并根据ThinkDesign软件和AutoForm软件的模拟结果结合现场模具整改调试减少了成形过程中的回弹，最后将优化结果用于指导实际生产，得到了符合质量要求的零件并已经批产。

汽车前纵梁产品在车身结构中承受着整车的有效载荷，是整车承受冲击力、碰撞力的关键部件，决定着整车的载重量，关系着整车的安全性能。纵梁零件的屈服强度较高、外形不规则、具有局部成形、形状复杂、板料厚以及成形后翘曲、扭曲和回弹严重等特点。因此，需针对前纵梁产品的缺陷进行预测，提前对可能出现的缺陷采取对策。随着计算机技术的发展，如何利用有限元软件结合现场生产情况，保证产品质量，已经成为整个模具行业技术研究的有效手段之一，该技术对汽车的轻量化、开发成本、开发周期有着重大影响。

本文分析的产品零件为前纵梁的外板延伸件，大批量生产，零件材料为冷轧双相钢

CR780T/420Y,料厚2.0mm。

工序方案分析

工艺路线

该零件的基本特点是尺寸精度一般、材料强度较高、零件外形左右是不对称结构、有凸包和其它形状的局部突变，是典型的板料冲压件，可拉延工艺方案成型，也可成形工艺方案成型。从零件的形状对其分析，该零件的整体形状较简单、拉延部分基本上规则、拉深深度不大。零件的材料流动性大，回弹变形趋势大须做整形工序。考虑到该零件的修边复杂性和材料流动性，需要经过多道工序才能达到设计要求，工艺方案初步定为两种方案：

方案一（拉延工艺）：OP10拉延-OP20修边-OP30侧修边侧冲孔-OP40翻边整形-OP50侧冲孔；方案二（压型工艺）：OP10落料冲孔-OP20成形翻边-OP30整形翻边-OP40冲孔修边侧冲孔。

毛坯尺寸

传统的毛坯计算方法适用于简单的、规则形状的零件，并根据经验对毛坯初定尺寸进行微调，以提高材料利用率。

根据初步的模拟，方案一的成形缺陷相对于方案二的成形缺陷少， 更能保证零件质量，但是方案一的材料利用率为52％，方案二的材料利用率为81％，并且方案一的工序比方案二的工序多一步，即方案一的工装成本和冲次费用比方案二高。

由于外板延伸件较复杂，用经验法或者理论计算无法得到其准确的毛坯形状，本文基于AutoForm软件的毛坯展开法能自动计算出毛坯外形尺寸，对实际生产具有很重要的指导意义。然后在UG软件中添加定位孔的位置，只要可以解决方案二中的回弹问题，就可以保证零件质量的稳定性，进一步分析方案二的工艺过程。

工艺路线图

因为该零件在汽车上是左右对称件，如果采取单件成形，不仅生产成本高，而且生产效率低、材料利用率低、设备利用率低，所以，采用中心对称一模两件的方法设计模具和工艺。

有限元模型的建立

首先在UG软件中导出IGES格式的零件数模，然后在AutoForm中新建SIM文件，将已导出的数模文件导入，检查数模无误后在软件中进行工艺分析、冲压参数设置及求解计算。其中，拉深方向的选择应保证零件不出现负角，尽可能保证各处的拉深深度一致。

结果分析

成型性能分析

AutoForm求解后可以得到零件的成形极限图和成形性能图，如图1所示。根据板料的材料性能和应变状态将成形极限图分成7个区：塑形破裂区、临界破裂区、过度减薄区、安全区、拉伸不足区、起玻趋势区和起皱区。图中红色区域代表开裂；橙色区域代表减薄；黄色区域代表有开裂风险；绿色色区域代表没有风险；蓝色区域代表零件受压；紫色区域代表增厚；灰色区域代表型面不发生变化的区域。从图1中可以看出，零件无开裂风险，增厚区域的比例为20.94％，受压区域的比例为6.20％，安全区域为72.87％。

变薄率和起皱分析

为了更进一步地了解零件的变形情况，可以通过厚度分布图来定量地观察零件不同区域的变薄、变厚情况，其变薄率如图2所示。其最大的变薄率为24.1％，小于30％，所以说该方案的变薄率满足要求。

回弹分析

冲压的工艺过程中均存在回弹现象，目前可以根据有限元软件定性地分析回弹趋势。现在对于回弹补偿一般有工艺控制法和模具补偿法两种方法，前者是通过改变冲压件成形过程中的工艺参数（凹凸模圆角半径、冲压速度、相对弯曲半径等）实现有限抑制回弹问题。模具补偿法是使用测量工具实际测量回弹值，然后通过重新校正模具的形状和尺寸适当地补偿回弹超差值，从而使冲压件达到预期要求。在AutoForm的Geometrygenerator模块中使用Mod2 工具栏下的compensate功能对原产品数模进行模具工艺补偿，并结合了ThinkDesign软件解决了回弹缺陷。工艺员可以根据仿真结果结合现场模具情况一共进行了5次整改调试，最终得到符合质量要求的零件。

结论

1．对于回弹量的解决措施，目前大部分工厂直接采用的模具补偿法补偿回弹超差值，本文结合了AutoForm软件和ThinkDesign软件的预测，减少了补偿次数。

2．AutoForm软件的仿真成形分析技术可以用于指导实际生产，有效地节约了产品的生产周期，可以在模具的前期开发阶段有效地预测可能出现的缺陷，但是对于回弹量的预测还有待进一步的开发。

3．对于整体形状较简单、拉延部分基本上规则、拉深深度不大的零件，可以考虑压型工艺方案替代拉延工艺方案以减少成形工序并提高材料利用率，最后得到节约成本的目的。