吉利汽车：翼子板前保险杠处冲压工艺分析，最前沿的分析技术 ...

翼子板是汽车车身中最复杂、最关键的零件之一，零件质量直接影响装车及整车开发进度。如果在前期工程阶段，零件结构设计不良会导致后期产品结构更改，模具调试周期长，严重影响整车开发周期。

因此在前期产品设计阶段需要对翼子板的翻边结构进行分析，同步工程分析时需要进行精确的CAE模拟，以选择合适的翻边结构及规划合理的翻边工艺，避免后期的零件成形产生质量缺陷。

图1 某车型翼子板

（a）开裂

（b）起皱

（c）圆角不顺

图2 翼子板前保险杠处翻边常见缺陷

图1所示是某轿车翼子板，图2所示列举了后期模具开发过程中经常遇到前保险杠处的圆角开裂、翻边起皱、A面凹凸及圆角不顺等质量缺陷。

一

常见的翼子板前保险杠处结构

根据不同车型的属性要求，翼子板与前保险杠的匹配安装结构存在一定差异，一部分车型前保险杠Y向安装点在翼子板上，另一部分车型前保险杠Y向安装点在支架上，支架与翼子板焊接在一起。按照这种分类方法，翼子板前保险杠处的结构可以分为2类：一类为带有法兰面的整形结构；另一类为不带法兰面的翻边结构（见图3）。

（a）整形结构

（b）翻边结构

图3 翼子板前保险杠处2种不同搭接结构

通常情况下，带法兰面的整形结构主要用于整形深度小于30mm且形状相对简单的情况；不带法兰面的翻边结构主要应用在翻边深度超过30mm，翻边容易起皱的情况。

二

常见结构工艺分析

1

带法兰面整形结构工艺分析

图4所示为某车型翼子板前保险杠处结构，整形深度约33mm，法兰面宽度约66mm，钣金材料为DC54D+Z。分为5道工序成形，初步设定此位置处工序内容为：①拉深；②修边；③整形；④冲孔；⑤侧冲孔。

图4 带法兰面某车型翼子板前保险杠处结构

翼子板前保险杠处型面在工序①过拉深出部分圆角，主要型面在工序③一次整形到位，通过CAE仿真软件AutoForm建立有限元模型对全部工序进行成形模拟分析。

01

板料为DC54D+Z，其屈服函数如下：

板料厚度为0.7mm，材料参数为n=0.22，r=1.54，k=537.2，αs=160MPa，αb=309.6MPa。

02

板料采用等向指数强化模型，应力应变关系数学表达式为：

α=K•ε^n

式中：α——应力；K——硬化系数；ε——应变；n——硬化指数。

03

有限元分析模型建立。利用AutoForm软件自动进行工具体网格单元划分，并建立拉深工序及整形工序有限元模型，如图所示5，模型中凸模、凹模、压边圈、压料芯、整形刀块设为刚性材料，分析中采用弹塑性壳单元理论，网格进行自适应4级划分。

图5 拉深及整形有限元分析模型

为减少计算时间，拉深筋简化为等效模型（虚拟筋）。拉深行程为100mm，压边力为1200kN，板料与模具各零件间的摩擦因数取为0.15，成形速度V=1m/s。

（a）距到底3 mm

（b）距到底1 mm

图6 整形分析法兰面起皱结果

由于整形量大，零件形状复杂，整形CAE分析起皱严重，如图6所示，工程师反馈已无法再降低整形深度，只能通过工艺解决。经反复尝试，整形时在上模增加压料板，外侧压住板料后再整形的效果较为理想，起皱问题得到明显改善。

图7 带法兰面压料整形方案工艺简图

（a）距到底3 mm

（b）距到底1 mm

图8 带法兰面压料整形分析结果

图9 实际模具成形的零件

图7所示为压料整形方案；图8所示为压料整形分析结果；图9所示为按照压料整形的工艺加工的模具成形的零件，无起皱现象，满足零件质量要求，此压料整形方案可行，可以应用于后续类似结构的翼子板上。

2

不带法兰面的翻边结构工艺分析

图10 不带法兰面某车型翼子板前保险杠处翻边结构

图10所示为某车型翼子板前保险杠处结构，整形深度约47mm，板料为DC54D+Z。由于此翻边太深，若直接翻边成形会严重起皱，初步设定直接采用外侧先压料后整形的工艺，CAE模拟分析仍然起皱严重（见图11），说明压料整形方案针对深度太深的结构不适用，需要考虑其他方案。

图11 不带法兰面压料整形分析结果

图12 托料翻边结构

结合以往车型钣金件开发经验及此翼子板翻边结构的特殊性，此处可以考虑增加下部浮动托料板（通过氮气缸来实现）进行压料翻边，其结构如图12所示。

图13 托料翻边模具成形的零件

经过CAE模拟分析验证，此方案整体可行，仅在A面（图11中椭圆处）过渡剧烈位置侧壁仍存在轻微起皱，图13所示为实际模具托料翻边成形的零件，侧壁仅存在轻微起皱，验证此方案可行，可以应用于后续类似结构的翼子板上。

三

常见结构设计优化零件结构

表1 带法兰面整形结构设计参考断面

设计的好坏直接影响成形工艺，通常情况下，带法兰面的整形结构主要用于整形深度小于25mm且形状相对简单的情况，建议结构断面参考表1进行设计，且表中L2及L3要加工成相等深度，不然整形过程中会出现起皱。针对汽车外表面起伏较大的特殊情况，零件还需要考虑增加工艺缺口。

图14 增加工艺缺口

由于零件结构等特殊原因，翼子板前保险杠处深度需大于30mm，建议搭接结构做成翻边加支架的形式，有利于改善翻边成形性，同时翻边深度尽可能等深（基于冲压方向），防止翻边整形过程中出现起皱及开裂等缺陷。针对椭圆处起伏较大的特殊情况，翻边成形容易起皱及开裂，零件还需要考虑增加合适的工艺缺口，如图14所示。

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