某车型车门内板试制工艺及模具设计

丁海涛　张彪

摘 要：文章主要阐述了借助Autoform软件对某车型车门内板进行冲压成型模拟分析，制定试制工艺方案以及设计试制拉延模，进行冲压件的调试生产，并简要说明了模具设计、冲压件试压过程中需要注意的要点。不仅积累了冲压件试制工艺开发的经验，而且对后期的正式模具开发提供了依据，降低了正式模具开发的风险。关键字：车门内板;模拟分析;试制工艺;模具设计

中图分类号：U466  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）03-168-04

前言

近年来，随着国家经济的发展以及人民生活水平的提高，对重型卡车舒适性、安全性的要求也越来越高。为了满足多样化的客户需求，各大主机厂也加快了新车型的研发。在新车型的开发中，样车试制是为了验证产品设计，及时发现新车型性能和工艺等方面的不足，从而优化产品结构。

试制简易模具能够满足样车试制的需要以及产品设变的需求，能够大幅缩短开发周期，为新车型的开发提供了快速通道。冲压钣金件的试制是样车试制过程中的关键环节。车门内板是白车身结构中的重要零件，具有造型复杂、尺寸大、对精度要求高等特点。本文以某车型车门内板为例，对其开展了试制冲压工艺设计及分析，并设计试制拉延模具，经过调试制作出合格的车门内板。

1 零件介绍及试制工艺方案制定

1.1 零件介绍

如图1所示，为某重型卡车车门内板的三维轴侧图。材料为DC06，属于超深拉深用钢板，厚度为1.0mm。该零件的外形尺寸为1553×1074×133，结构造型比较复杂，拉延深度较深，对拉延工艺的设计要求非常高。

1.2 试制工艺方案的制定

车身钣金样件的试制工艺與量产工艺相似，拉延以及成型采用冷冲压的方式完成，孔和修边采用激光切割技术完成。激光切割技术的应用不仅可以满足零件精度要求，并且满足样车试制阶段零件制作周期短、成本低的要求。

试制冲压件在工艺设计时要考虑尽可能减少模具数量，尽量在拉延模具中将零件形状拉伸到位。若零件局部带负角或存在回弹风险的区域，可考虑增加整形工序。

通过对车门内板三维数模工艺性审查分析，检查车门内板各部位均无冲压负角，因此无需增加整形工序。该车门内板存在翻边结构，一般情况下的试制工艺方案为OP10拉延，OP20修边侧修边冲孔侧冲孔（激光切割完成），OP30翻边。车门内板的翻边结构如图2所示：翻边高度为2.2 mm，高度较小。我们本着减少模具数量、降低试制成本的原则，考虑是否可以将此处翻边结构集成在拉延工序全部成型。初步确定该零件的试制工艺方案为：OP10拉延，OP20修边侧修边冲孔侧冲孔（激光切割完成）。

2 工艺方案分析及优化

拉延工序在冲压过程中非常重要，尤其在试制工艺中。因此，需要对拉延序的成型性进行模拟分析。

2.1 拉延成型性分析

该零件压料面及工艺补充部分在CATIA中完成设计，然后分别以凸模面、凹模面和压料面工具体的形式导入至Autoform软件中，图3为导入Autoform软件中的模型。

在成型性模拟分析时，拉延筋采用虚拟筋形式，在Autoform中选取分模线并向外侧偏置22mm作为虚拟拉延筋的控制线条，并进行分段及设置阻力系数。根据模拟分析结果对拉延模面、坯料尺寸、虚拟拉延筋的位置以及阻力系数等进行优化设计。

经过反复分析优化后，初步确定车门内板拉延的坯料尺寸为1790×1330。图4为成型性模拟分析结果，从图中可以看到零件在充分成型后，在产品区域存在多处开裂及隐裂（红色为开裂，黄色为存在开裂风险），图5为开裂及存在开裂风险部位局部放大图。

2.2 工艺方案优化

A处为车门内板窗口前部，从图中可以看出该部位出现大面积严重开裂，该处虚拟拉延筋参数已经设置为0。因此，此处开裂的原因主要为压料面上坯料过多，导致在拉延过程中材料流入阻力增大导致开裂。B、C处主要为零件内侧开裂，其开裂的原因主要为拉延时无法得到足够的材料补充。

解决上述开裂问题的方案为：在坯料上增加切角，减少坯料与压料面接触面积，从而减小材料流入阻力，解决A处开裂问题;在坯料上零件窗口工艺补充部分增加工艺切孔，便于在拉延时从零件内部能得到材料的补充，解决B、C处开裂问题。

经过多次模拟分析优化，开裂问题得到解决，图6为优化后的坯料轮廓及拉延筋形状图，成型性模拟分析结果如图7所示，从图中可以看出该零件成型性良好，减薄率等合格，未出现开裂及起皱等质量问题。

通过采用Autoform模拟分析，验证了将翻边结构集成在拉延序生产的方案可行。因此，车门内板的试制冲压工艺方案调整为OP05落料（激光切割完成），OP10拉延，OP20修边侧修边冲孔侧冲孔（激光切割完成）。

3 拉延模具设计

针对OP10拉延工序，开展拉延模具设计。试制阶段拉延工艺与量产阶段有很大的不同。在量产工艺中，模具设计需要考虑零件拉延的稳定性、生产节拍、材料利用率经济性、人机工程等因素。而在试制阶段，模具设计要考虑低成本、制造周期短等因素，能生产出满足样车试验要求的零件即可。

通过上述工艺方案模拟分析，车门内板拉延所需成型力为10869KN，压边力为2167KN。根据我公司设备工作压力不能超过公称压力70%的要求，结合公司现有设备，我们选取16000KN压力机作为车门内板拉延试生产的工作设备。

为了降低试制模具的开发费用，我们在车门内板试制拉延模的设计中采取了以下要点：

（1）在模具设计中，尽量多采用减重结构;

（2）型面、外壁和加强筋的厚度选取30mm;

（3）合理设置加工面与非加工面，以便减少数控加工区域;

（4）在满足模具功能实现的前提下，并考虑压力机最小闭合高度确定模具的闭合高度。

结合上述要点，开展了车门内板拉延模具结构的设计，模具详细结构如图8所示。

4 零件试生产

4.1 模具调試

模具加工完成后（如图9所示），可进行冲压件的拉延调试，在模具调试过程中应注意以下几点：

（1）试模前，应对模具上、下表面进行清洁，确保无异物;

（2）模具安装要依据顶杆图进行安装，确保顶杆规格及位置安装正确;

（3）在设置压边力以及试模坯料时，可以依据前期模拟分析得出的压边力以及坯料尺寸为基准进行试压调试，再根据零件试压状态进行调整;

（4）根据试压件拉延的结果修整模具，直至试压出合格拉延件。

经过多次的调试优化，最终采用1730mm×1350mm的坯料，可以稳定试制出合格的车门内板零件（生产出的拉延件如图10所示）。这表明试制工艺方案中将翻边工序整合在拉延工序加工是可行的。

4.2 激光切割

针对OP20修边侧修边冲孔侧冲孔工序，采用激光切割。激光切割时为了保证孔位及轮廓的准确性以及稳定性，需要制作专用切割支架。我们以车门内板零件的型腔内表面作为支撑，制作激光切割支架用于固定和支撑拉延件。根据车门内板产品数模编制激光切割程序，切割零件的修边及孔，最终得到合格的零件（如图11所示）。

5 结束语

本次车门内板的试制不仅积累了白车身冲压件试制模具的设计经验，为后期其他车型的试制奠定了基础，同时识别了该零件在冲压成型过程的问题，为量产工艺结构改进优化提供了依据。

参考文献

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