基于AutoForm预测及改善汽车外覆盖件翻边整形的表面缺陷

王丽珠，容胜忠，苏飞宇，阳 学，杨 欢

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

0 引言

汽车外覆盖件包括侧围、翼子板、顶盖、机盖、背门及4个侧门，这些零件表面包含外观面和非外观面，非外观面与其他零件有匹配要求，外观面成形主要采用拉深工艺，而非外观的匹配面则采用翻边和整形工艺。由于工序数量和数模功能的限制，翻边整形存在以下问题：①翻边整形不能通过一个刀块完成；②翻边整形面的角不能按照冲压方向线进行搓翻；③翻边整形深度差异大、轮廓复杂，不能同时触料或局部触料较晚。这些问题使匹配区域翻边整形时产生缺陷，这类表面缺陷大部分可以通过仿真软件进行分析，提前发现及改善，但却在工艺设计阶段被忽视[1,2]，使问题遗留到模具调试阶段，以至于整改成本增加、制造时间延长。虽然这些缺陷不至于影响汽车的使用性能，但会影响客户对整车外观的满意度，因此国内大部分的汽车制造企业都有对外观面质量进行评审的体系[3]。

AutoForm软件在模拟冲压板件的成形及预测成形缺陷方面速度快且易操作[4]，已经成为行业内普遍采用的成形仿真软件。为了提高生产效率，现结合多个项目开发经验，对翻边整形设计不良的区域进行分类总结，并通过案例演示AutoForm软件模拟检查和优化验证，提前发现及改善这些区域翻边整形的表面缺陷问题。

1 外覆盖件翻边整形表面缺陷区域

翼子板形状复杂，所使用的成形工艺能代表外覆盖件冲压成形工艺类型。以某翼子板为例，根据工艺类型对翻边整形工序易出现表面缺陷的区域进行分类总结。

1.1 翼子板常规成形工艺

翼子板常规成形工艺为：工序①拉深；工序②修边冲孔；工序③翻边整形；工序④翻边整形冲孔，其他零件由于造型的不同，工艺会略有不同。

1.2 翻边整形表面缺陷高概率区域

根据翼子板常规工艺设计，结合以往项目开发经验，对翻边整形工序容易出现表面缺陷的区域进行如图1所示的分类：①翻边整形轮廓线复杂的区域；②不同翻边方向的交刀区域；③两工序翻边过渡区域；④整形时容易边缘开裂的区域；⑤前工序整形容易补偿过量、后工序有冲孔但无补偿的区域。

图1 翻边整形易出现表面缺陷的区域

2 外覆盖件翻边整形质量缺陷案例

2.1 翻边整形轮廓线复杂区域

图2所示是某车型翼子板C线位置在AutoForm分析工序③翻边时存在的表面缺陷，原因为如图3所示数模设计中区间A的翻边轮廓是内凹状，且为了满足整车安装要求，M形的深色翻边面不能按照冲压翻边方向线调整翻边面的角度，导致翻边面与翻边方向的夹角太大，翻边时在这个位置产生表面缺陷。针对上述问题采取的对策如图4所示，将满足冲压翻边角度要求的浅色翻边面加长，由原来的1 mm加长到5 mm，数模优化后分析结果显示翻边到底前3 mm缺陷消除。

图2 翼子板C线位置工序③翻边时缺陷

图3 翼子板C线位置的数模设计

图4 翼子板C线位置优化后数模设计

2.2 不同翻边方向的交刀区域

图5所示为某车型翼子板AutoForm分析发现工序④翻边时圆角不顺的缺陷，原因为工序③翻边到底的工序件放在工序④翻边时，翻边刀块太短，未包住工序③未翻边区域，产生了翻边缺陷。针对上述问题采取的对策如图6所示，加长工序④翻边刀块（箭头方向），使与工序③翻边刀块交叠量由原来的约10 mm增加到约25 mm，问题得到解决。

图5 翼子板工序④翻边缺陷

图6 翼子板工序③和优化后的工序④翻边刀块设计

2.3 两工序翻边过渡区域

图7所示是某车型翼子板表面起鼓的质量问题，经AutoForm分析确定原因为工序③翻边刀块设计不良，翻边区域至未翻边区域过渡急剧，仅10 mm，导致翻边后工序件过渡急剧，该工序件放在工序④翻边时翻边起鼓，出现表面缺陷。针对上述问题采取的对策如图8所示，优化工序③翻边刀块的设计，加长翻边至不翻边区域的过渡段，保证工序③翻边后工序件过渡平缓，工序④翻边时缺陷改善明显。

图7 翼子板与前门匹配A面缺陷

图8 翼子板工序③翻边刀块优化设计

2.4 整形时边缘容易开裂区域

图9所示是某车型侧围外板局部R角偏大，数模设计为R2 mm，实际样件检测约为R2.8 mm，影响与加油口的匹配。经现场了解发现，原因为修边线转角边缘整形后开裂，现场调试时为了解决开裂问题，局部放大了翻边间隙。

图9 侧围加油口匹配圆角不一致

要解决局部匹配圆角偏大问题，不能按照数模设计要求更改翻边间隙，而应先解决开裂问题，但是由于数模已经发布，更改的空间有限，为了保证更改不影响其他匹配零件，在采取整改方案前，先用软件模拟验证了多种方案。最终现场实施了图10所示的对策：工序①增加储料凸包如图10（a）所示，同时工序③按照图10（b）所示优化内部不可见面的圆角和修边线，局部匹配圆角偏大问题得到解决。

图10 采取的对策

2.5 前工序补偿过量及后工序没有补偿的区域

图11所示模拟结果显示翼子板与前保险杠匹配的圆角在工序④上压料板与下模贴合时发生塑性变形，预测A面会产生表面质量缺陷，原因为工序③侧壁做了约3°的向内补偿，但工序③模拟结果显示回弹后工序件侧壁没有回弹到数模状态，而是存在负回弹，这样工序件放在侧壁未做内收补偿的工序④下模型面时，工序件侧壁会与工序④下模型面干涉，导致靠近干涉部位的A面区域被撑高，工序④压料板闭合时圆角发生变形，干涉量越多，变形越严重。针对上述问题采取的对策：前工序补偿过量，后工序也需要做补偿或对没有工作内容的型面进行避空处理，以避免前工序件放在后工序下模时干涉，导致上模压料板闭合时出现表面缺陷。图12所示是工序④干涉的侧壁避空后，工序④压料板闭合时塑性变形区域明显减少的分析结果。

图12 工序④优化后压料板闭合时圆角塑性变形减少

3 结束语

将翻边整形易出现缺陷的区域总结为5类，通过软件模拟分析，检查这些区域，提前发现问题和验证优化方案，将出现的问题在数模和工艺设计阶段解决，既使出现的问题遗留在模具调试阶段，通过软件分析，也能确定其产生的原因，为调试整改节约时间及降低制造成本。