汽车纵梁类制件CAE工艺方案分析对比

文/章爽滨，吴昌云·奇瑞汽车股份有限公司制造工程院

吴燕玲·麦凯瑞（芜湖）汽车外饰有限公司

随着汽车行业的不断发展，对汽车安全与轻量化也提出了更高的要求，使得汽车车身冲压件高强度钢的应用比例不断升高，高强度钢材的使用对冷冲压行业来说是一个挑战。国外主流汽车厂为了达到安全和轻量化的双重要求，像奥迪A8一样的全铝车身应运而生，目前以奇瑞汽车为代表的国产汽车高强度钢屈服强度已经达到980MPa，大有“弃铝从钢”的行业趋势，前期的CAE同步工程分析，对制件的回弹控制、模具制造周期以及制造材料成本的控制都尤为重要，前期选择合适的冲压工艺方案，对冲压行业来说能起到事半功倍的效果。

纵梁类制件分析

图1为汽车车身纵梁类制件，制件料厚2.0mm，材质B340LA，制件轮廓（长×宽×高）为640mm×118mm×77mm，属于高强度深拉延纵梁类制件，在冲压成形过程中，回弹、扭曲、起皱是制件质量的主要问题，本文将使用AUTOFORM软件来模拟不同的工艺方案，并通过对比分析，总结出不同方案之间的优缺点，以下各方案主要查看制件回弹的对比情况。

冲压工艺方案及CAE分析结果

方案一

图1 纵梁类制件产品信息

图2 方案一制件成形性

表1 方案一相关设计

方案一模面设计将纵梁的法兰边放置在压料面上（图2），板料的流动通过压边圈和凹模来控制，由于制件法兰放置在压料面，制件材料利用率高，拉延模制作也较为简单，具体的模面设计及拉延模的凸凹模等见表1。

由于制件采用料厚为2.0mm的高强度板，方案一的板料流动靠压边圈与凹模来控制，成形过程中板料流动很难控制，制件回弹较大，侧壁回弹量在7.3～11.0mm之间，法兰边回弹量在11.5～14.9mm之间（图3），而且模具在后期整改难度较大。

方案二

图3 方案一制件回弹数值

表2 方案二相关设计

图4 方案二制件成形性

方案二模面设计将纵梁的法兰边放置在凸模上（图4），制件材料利用率较高，拉延模制作也较为简单，但是制件的成形性及回弹控制并没有显著的改善，具体的模面设计及拉延模的凸凹模等见表2。

方案二的成形性与回弹相对于方案一无明显提升，侧壁回弹在4.0～7.7mm之间，法兰边回弹在4.9～8.3mm之间（图5），而且模具在后期整改难度较大。

图5 方案二制件回弹数值

表3 方案三、方案四相关设计

方案三与方案四

模面设计将纵梁的法兰边放置在凸模上，制件材料利用率较高，拉延模制作也较为简单，但是制件的成形性及回弹控制并没有显著的改善，具体的模面设计及拉延模的凸凹模等见表3。

图6 方案三与方案四制件成形性

表4 四种方案技术比对

图7 方案三与方案四制件回弹数值

方案三与方案四相对前两个方案而言，增加了拉延筋控制，料流通过拉延筋与管理面的控制，制件的成形性与回弹有明显的提升，方案三与方案四的差别是拉延筋的形状（图6）不一样，一个为方筋一个为圆筋，拉延筋形状可以根据实际料流来选择，方案三侧壁回弹量在1.8～8.1mm之间，法兰边回弹量在2.5～8.9mm之间，方案四的侧壁回弹量在0.9～4.0mm之间，法兰边回弹量在1.0～4.7mm之间（图7）。

对四种不同的冲压工艺设计进行CAE分析，比较出不同方案的优、缺点，四种方案的技术对比见表4，方案三和方案四，在回弹严重的梁类高强度板制件的拉延设计中，已经得以广泛的应用。

结束语

前期的冲压工艺设计对零件的最终质量起到关键作用，但是汽车冲压件种类繁多，成形难度也各异，对于同一制件，不同的冲压工艺设计，制件的质量、模具设计的难易度和材料利用率也各为不同。随着汽车高强度板使用的增多，还有一种新的模面设计，即结合本文方案二与方案四，将制件的法兰边设置在凸模上，同时还设置拉延筋，能够更好的控制料流，更便于模具调试时，通过拉延模的调试来控制回弹。