乘用车SUV背门外板回弹冲压工艺消除方案

2019-11-01 14:50:01 来源：

导读：

文|闫浩涵、林春雷•北京汽车股份有限公司生技中心
本文以北京汽车某乘用车型SUV背门外板冲压模具开发过程为例，阐述了如何结合前期CAE分析对背门外板回弹——尤其是背门外板上部与顶盖匹配位置的回弹通过冲压模具工艺措施实施来消除回弹的方案。通过模面补偿技术的实施、后工序的修边值设计和翻边模具结构调整，并结合对模具型面有效的研配作业，使产品回弹得到解决，冲压件尺寸合格率得到大幅提升，整体产品获得良好的使用效果。
引言
随着乘用车型SUV在中国的普遍热销，每个汽车厂都推出各种尺寸、类型的SUV车型，在SUV车型中背门外板回弹尤其是背门外板上部与顶盖匹配位置的回弹一直是冲压行业重点需要解决的问题，本文通过CAE分析手段对拉延模具、修边模具、翻边模具的全工序方案提供一种背门外板回弹的解决方案。
SUV背门外板零件回弹产生的原因
回弹对整车的影响乘用车型SUV背门外板回弹是典型的车门类冲压件外板回弹产品，门外板如果直接使用回弹的外板与内板包边，严重的情况是直接影响门总成包边后的总成尺寸进而造成整车装配超差；有时候虽然门包边总成尺寸没有超差或在超差的极限边缘，但因回弹的存在是靠包合力强行压合的情况，车门总成放置一段时间后应力释放还是会造成门总成的尺寸超差变形影响整车匹配超差。
回弹产生原因本文对回弹最严重区域背门上部的回弹做专门的研究，其产生的原因如下：
轮廓造型与内部造型的不同，造成成型内应力不均匀，引起回弹。
上部半圆轮廓成型时材料流入不均匀，造成局部成型刚性不足、受力失稳引起回弹。
上部凸缘弧形翻边，翻边处于多料区，引起上部回弹反复（有时拉延已经不回弹的部位会再次出现回弹）。
以北汽某车型背门外板举例：回弹产品CAE分析如图所示。背门外板回弹尤其是背门外板上部：图1主应变值为0.03。图2副应变-1.56小于0。

图1主应变

图2 副应变

CAE全工序回弹分析如图3所示，两侧分别回弹2.5mm、2.7mm，中间塌陷-2.6mm，可见对后工序模面也需要对回弹部位进行工艺补偿。
综上所述该背门外板按目前现有冲压工艺生产冲压件肯定存在回弹缺陷。

图3后工序翻边回弹CAE分析

冲压工艺技术实施
现有回弹补偿效果按照一般的冲压工艺处理方法是进行回弹补偿，但回弹补偿多少没有数值参考，都是凭借经验值进行补偿，即使从CAE分析看回弹补偿后CAE分析满足要求，但从实际效果看还是有回弹存在。（本产品在中间回弹最大位置做了5.8mm的回弹补偿如图4，但实际产品完成后回弹仍然存在4.2mm的回弹如图5）

图4回弹补偿

图5补偿后的回弹实际测量
冲压工艺实施方案针对背门外板上部回弹产生的回弹原因分析，结合CAE分析结果和蓝光扫描产品多轮实物验证我们总结了如下解决方案。
产品回弹一般出现中间与两侧，且回弹的数值不一致，两侧数值基本对称，中间部位相对于两侧或高或低，如图6。针对回弹首先根据CAE分析结果计算是回弹位置中间与两侧数值的差值。根据差值进行回弹补偿，（B-A）不能大于2～3mm。北汽某车型回弹CAE分析最大是4mm，最小回弹是1.2mm。我们按照最大补偿4.5mm最小补偿1.5mm进行补偿，注意回弹补偿可以在理论分析回弹数值基础上增减1mm进行CAE分析，但与最小回弹数值务必保持在2～3mm差值之内。

图6 CAE分析回弹状态

图7工艺补偿示意简图

材料流入的控制依靠产品补充的拉延筋布置进行控制计算，尤其注意图8位置背门外板上部的拉延筋布置，本产品模具使用了两条筋的设计，充分拉开板料，使之刚性充足。这个位置的拉延筋直接影响所示的计算结果。CAE报告全部A面范围主应变3%以上，全部A面范围次应变0.5%以上（至少不能为负）。

图8 CAE 拉延筋布置与分析

产品翻边上部凸缘弧形翻边，翻边处于多料区，引起上部回弹反复（有时拉延已经不回弹的部位会再次出现回弹），所以此处翻边要根据拉延回弹补偿后的实物拉延件修边后进行中间先翻边再两侧的翻边时序翻边模具设计，翻边时序的控制值在2mm左右并过渡到两边。

图9翻边模具时序示意图

完成翻边时序后的产品根据实际情况在进行修边模具修边线的设定与模具制造。
以下是实物验证表是对上述方案的总结，上述提到的工艺参数需在设计冲压工艺参数时使用。

冲压工艺技术实施效果
型面的研配效果确认
良好的研配对实现设计意图尤为关键，北汽某车型背门外板型面的研配效果达到预期设计。初始用蓝丹进行型面验证的着色状态与设定的理论着色状态一致。

产品实际检测验证
按照上述冲压工艺方案进行的模具制造与冲压件生产，以型面±0.5mm公差控制，修边线以±0.7mm控制，在冲压件夹紧的条件下测量，产品合格率在96%。极差＜0.3mm具有一致性，满足冲压件质量使用要求。

图10 最终型面检测报告

结束语
背门外板上部的回弹冲压工艺方案在型面补偿、拉延筋调试、翻边模具时序调整、修边模具修边线调整4个方面入手进行冲压工艺参数设计，回弹一次消除成功率在60%，且一次消除率中回弹小于1mm数值的占比超过90%，一般通过二次修正后回弹消除成功率在100%。同时在拉延阶段CAE分析回弹1mm的状态可以通过后工序的产品修边线、翻边模具时序优化解决，为背门外板类冲压件回弹提供了解决思路。本文提到的回弹解决方案虽然没有从根本上一次性解决回弹，但已经大幅缩短了冲压件回弹的模具整改时间，优化了产品实物尺寸，为解决冲压件回弹提供了一种行之有效的研究方向。

进入首页浏览更多精彩内容 >>