基于Autoform的高强钢前翼板支架冲压工艺分析＊

张留伟，顾赛君，褚建忠，胡 烈，徐慧西

（1.台州科技职业学院，浙江台州 318000；2.浙江黄岩冲模有限公司，浙江台州 318000）

1 引言

相对于其它新材料来讲，高强度钢具有成本低，普及率高等优点，具有显著的较好的性价比，这都使它成为汽车轻量化的优选冲压材料，其应用范围越来越普遍。由于高强度钢有着强度高、延展性不好等性能，因此在冲压作业中常常带来起皱、破裂、回弹大等不良现象的产生。这些冲压缺陷若运用传统的试错法、经验法等方法去解决，效果往往很不理想。随着汽车产业的不断发展和分析模拟软件的不断涌现，汽车覆盖件的开发周期大大缩短，并能很好的解决了冲压作业中带来的起皱、破裂、回弹大等不良现象[1～4]。

利用Autoform有限元分析软件可以大大提高冲压模具设计的效率，可以有效减少工作部件在实际加工中出现的质量问题，减少材料的不必要浪费，节省费用，降低成本。Autoform有效元软件算法比较精准，能运用到各种复杂的工况下，使其能够成为广泛使用的工具。另外，在解决汽车覆盖件的回弹问题上，此模拟仿真软件表现卓越，可以有效减少前期的工艺设计方面的时间，提高企业效益[5～7]。

2 制件分析和工艺规划

2.1 制件分析

前翼板支架分为左和右支架，为了节省成本，两支架一起冲压成形，左右前翼板支架如图1所示，前翼板左支架总重量6.5kg，右支架总重量5.4kg，所使用的料片尺寸为左支架：920×1,425×1.5mm，右支架：2,050×1,425×1.5mm，料厚1.5mm，料片重量25kg，材料利用率大约为48%。由于左右支架不对称，增加了拉伸工序的难度。

图1 制件图

2.2 工艺规划

由于前翼板左右支架不对称，故在拉伸成形工序中添加刺破，从而防止出现起皱或拉破现象的产生。综合左右前翼板支架特点，设计出以下6道工序：

OP10：DR+刺破（拉伸+刺破）。

OP30：TR+PI+CTR+CPI（修边+冲孔+侧修边+侧冲孔）。

OP40：FL+RST（翻边+整形）。

OP50：PI+CPI（冲孔+侧冲孔）。

OP60：PI+CPI+BUR+TR（冲孔+侧冲孔+翻孔+修边）。

图2所示为OP10拉伸和刺破工艺模面示意图。

图2 拉伸和刺破工艺模面

本工序所用模具的上模座材质为HT300，压边圈材质为HT300和Cr12MoV，下模作材质为HT300，凹模材质为Cr12MoV，凸模材质为球墨铸铁QT700L。所用冲压机床为2,000t，模具闭合高度为1,000mm，送料高度为930mm，成形力为1,600t，压边力为230t，压边圈行程为275mm。

图3所示为OP20：TR+PI+CTR+CPI（修边+冲孔+侧修边+侧冲孔）工艺模面示意图。

图3 修边+冲孔+侧修边+侧冲孔工艺模面

本工序所用模具的上、下模座材质为HT300，压料板材质为HT300，修边刀块材质为Cr12MoV。所用冲压机床为1,000t，模具闭合高度为1,000mm，送料高度为700mm。

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图4所示为OP30：TR+PI+CTR+CPI（修边+冲孔+侧修边+侧冲孔）工艺模面示意图。

图4 修边+冲孔+侧修边+侧冲孔工艺模面

本工序所用模具的上、下模座材质为HT300，压料板材质为HT300，修边刀块材质为Cr12MoV。所用冲压机床为1,000t，模具闭合高度为1,000mm，送料高度为700mm。需要特别注意，此序相对于OP20工件要绕着Y轴旋转5°。

图5所示为OP40：FL+RST（翻边+整形）工艺模面示意图。

图5 翻边+整形工艺模面

本工序所用模具的上、下模座材质为HT300，压料板材质为GM241，翻边整形刀块材质为Cr12MoV。所用冲压机床为650t，模具闭合高度为1,000mm，送料高度为700mm。需要特别注意，此序相对于OP30工件要绕着X轴旋转3°。

图6所示为OP50：PI+CPI（冲孔+侧冲孔）工艺模面示意图。

图6 冲孔+侧冲孔工艺模面

本工序所用模具的上、下模座材质为HT300，修边刀块材质为Cr12MoV。所用冲压机床为650t，模具闭合高度为1,000mm，送料高度为700mm。

图7所示为OP60：PI+CPI+BUR+TR（冲孔+侧冲孔+翻孔+修边）工艺模面示意图。

图7 冲孔+侧冲孔+翻孔+修边工艺模面

本工序所用模具的上、下模座材质为HT300，修边刀块材质为Cr12MoV。所用冲压机床为650t，模具闭合高度为1,000mm，送料高度为700mm。

3 高强钢前翼板支架模拟分析

3.1 成形性能分析

依据前述工艺规划，运用有限元分析软件Autoform进行仿真模拟，得出如图8所示的板料成形过程。

图8 板料成形过程a——重力状态 b——压边闭合状态c——DR距下死点110mm d——距下死点40mm e——距下死点20mm f——距下死点10mm g——距下死点5mm h——距下死点3mm i——拉伸到底

从板料成形的整个过程可以看出，板料内部成形中没有出现明显的起皱和破裂现象，只是在板料边缘有起皱的隐患，由于最后这部分要修边剪掉，所以影响不大。所设置的模拟分析参数也较合理，这也从侧面说明前述工艺规划是合理的。

3.2 高强钢前翼板支架试生产

通过前面合理安排的工艺规划和详细的有限元仿真模拟分析，设计出OP10至OP60工序对应的汽车覆盖件模具，6副模具生产状况良好。其中，图9所示为OP10拉伸和刺破模具结构图，本工序所用模具的上模座材质为HT300，压边圈材质为HT300和Cr12MoV，下模座材质为HT300，凹模材质为Cr12MoV，凸模材质为球墨铸铁QT700L。所用冲压机床为2,000t，模具闭合高度为1,000mm，送料高度为930mm，成形力为1,600t，压边力为230t，压边圈行程为275mm。

图9 拉伸模结构

图10所示为高强钢前翼板支架拉伸后的成品件，在整个拉伸过程中成形良好，没有出现起皱和开裂等不良现象，所得制件能满足各项性能要求。

图10 试生产高强钢后地板

4 结语

（1）根据制件的结构特征，设计出了6道工序来成形此工件的工艺方案。

（2）通过有限元仿真软件Autoform R7模拟分析，得出前翼板支架的成形过程，并优化了工艺参数。

（3）模具设计制造完成后，试模得出符合各项技术指标的制件，从侧面验证了Autoform R7分析的正确性。