侧围外板冲压成形分析及产品优化
文：王乐勇 王鹏 刘大壮（潍柴动力上海研发中心）
1 前言
在车身设计阶段，可对冲压件进行计算机成形模拟仿真，并根据仿真结果判断产品的冲压工艺可行性，提出优化建议。成形模拟仿真分析目前在解决产品冲压开裂、起皱等问题上应用广泛。本文介绍了成型模拟仿真分析，及其在某车型侧围外板冲压成形分析及产品优化上的应用。
2 产品分析及拉延模型的建立
某车型侧围外板（如图1所示），材料为DC04，板厚为 1.0 mm，料片尺寸为 2 085 mm×1 812 mm，拉延深度为150 mm，单动拉延。
在车身产品开发的方案研究阶段所建立的拉延工艺补充面仅为了分析产品的成形性。为减少建模的工作量，工艺补充面可以简化，如图 2 所示。
3 拉延工艺参数设置
门框外侧均不同程度存在较深的拉延深度，而门框内侧为极深的反成形，且轮廓不规则，坯料中间需有工艺孔促进走料以便于成形，如图 3 所示。因此，需要在拉延前增加落料工序，料片形状如图4 所示。为便于控制成形材料流动，窗口处需要内压边圈压料，压边圈升起后高于凸模，如图5所示。拉延成形力为 11 200 kN，压边力为 3 150 kN，摩擦因数为0.15。
4 拉延成型模拟分析及产品优化
拉延模拟分析结果如图 6 所示，图中，位置 1~ 位置8分别为各处缺陷位置。
位置 1 存在拉延开裂（见图 7a），该处成形复杂，成形高度变化较急剧，为控制低处拉延起皱，需要控制材料的流入，造成尖点处拉应变超过成形极限，导致拉延开裂。解决方案为加大圆角半径至8 mm，加大侧壁拔模角5°（见图7b），使型面变缓。
位置 2（见图 8）存在拉延开裂，是成形时拉应变超出成形极限造成的，需加大开裂处转角半径至 8 mm，加大凸台的拔模角至 60°，同时加大圆角半径至 8 mm，减小台阶高度至 10 mm，使结构变缓，降低材料开裂风险。
位置 3（见图 9）存在拉延起皱，是该处型面拉延深度变化急剧，在成形过程中材料堆积造成的，需调整结构，使其平缓过渡，加吸皱结构。
位置4（见图10）存在拉延开裂，是成形时拉应变超过成形极限造成的，需加大开裂处转角半径，加大凸台的拔模角至60°，同时加大圆角半径至8 mm，减小台阶高度至6 mm，使结构变缓，降低材料开裂风险。
位置5（见图11a）存在拉延开裂，由于该处形状复杂，且开裂处有20 mm深的反成形，尖点处传力区面积小，造成开裂。需加大转角半径至25 mm，去除尖点（见图11b）
位置6（见图12）存在拉延开裂，由于底部存在尖点，在拉延过程中尖点处应变超过材料的成形极限，造成开裂，建议取消该凹台。
位置 7（见图 13a）拉延存在开裂的风险，需加大转角半径至120 mm，便于材料流动（见图13b）。
位置 8（见图 14a）存在拉延开裂，需加大转角半径至110 mm，便于材料流动（见图14b）。
经过多轮产品优化，缺陷处最终型面如图 15 所示，最终产品的成形分析结果如图16所示，开裂和起皱已得到有效控制。从成形极限图（见图17）上看，仍有部分点落在 20%安全曲线上的临界区，可在未来的冲压工艺设计中利用过拉延调整工艺补充面、压料面、拉延筋阻力等方法解决，在产品设计阶段可暂时通过。
5 结束语
在车身覆盖件结构设计时应时刻关注冲压成形性，避免开裂、起皱的风险。应避免尖点造成的开裂，可通过加大圆角半径、加大拔模角及降低台阶高度等方法解决；转角处要在产品结构允许的情况下取较大的转角半径，避免转角处开裂；需尽量避免拉延深度急剧变化的结构，型面变换应平缓，避免起皱。
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