AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
基于Autoform的发罩外板工艺设计研究
王彬　谢国文　张昀　邓国朝　尤彬波　陈亮
广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院 工艺工程部 广东省广州市 511400
摘 要： 随着现代汽车工业的高速发展，用户对车身零件，特别是外覆盖件质量要求不断提高，整车开发周期也在不断缩减。对冲压领域来说，工艺设计的准确性要求也正在不断的提高。本文基于Autoform，以发罩外板为研究对象，详细介绍了发罩外板的工艺设计过程，予以给与相关领域的工作人员以借鉴。
关键词：发罩外板；工艺设计；Autoform
1　引言
汽车行业不断高速的发展，消费者对汽车外观质量要求也越来越高，从而使得各大整车厂对产品外观品质的要求也随之升高。而汽车钣金件在成型过程中出现的各种问题对产品外观品质有着重要的影响，一旦实际生产中出现尺寸及面品问题，通常需要浪费大量的人力物力进行调试，往往很难得到满意的结果，严重的可导致零件报废造成资源浪费。汽车冲压件成形模的前期制造工艺制定得是否合理，又直接影响模具制
造周期，因此模具设计前期的工艺制定非常关键[1]。目前最好的方法是在前期工艺设计阶段，通过CAE模拟分析技术进行工艺优化，减少现场调试时间，缩短模具开发周期，降低资源浪费。
2　发动机罩外板结构特点
发罩外板作为典型的汽车覆盖件，对整车的静态感知质量具有重要影响，要求其表面平滑、棱线清晰，不允许有起皱、开裂、划伤及拉毛等表面缺陷，此外还要求具有足够的刚性和尺寸稳定性[2]。目前行业内普遍使用镀锌钢板进行生产，发罩外板的结构特点导致在成型工艺中，易发生成型不足，回弹大，产品质量较难控制等问题。
3　工艺分析
对发罩外板来说，工序数由生产线工艺约束，及产品造型共同决定。本文主要以四序为例进行分析。四序设计时主要包括：拉延、修边、翻边修边、修边翻边，其中拉延工艺在产品质量方面起着决定性的作用，因
为拉延工艺的设计直接决定着产品刚性，
零件表面质量等。进行工艺设计时还需综
合考虑，压合角度、修边角度、零件定位
等问题。如图1所示发罩外板发罩尺寸为
（1675mm*1000mm），料厚：0.7mm，材料：
GX220BD_ZF
镀锌板。
图1　发罩外板
4　CAE边界条件设置
本次应用Autoform模拟分析软件进行
有限元分析，边界条件设置如下：板料尺寸
1445-1950mm（材料性能如表1）；板料厚
度0.7mm，成形条件单动；压边力120T；
摩擦系数0.15；计算精度等级CE+；压边力
120T。CAE分析结果评主要判标准如下：
1）产品无开裂风险，FLD曲线无风险区域。
2）拉延后减薄率在22%以内。
3）主应变大于3%，次应变大于0。
4）winking Criterion——在产品可见区
域不允许有起皱趋势。
5）滑移线可滑出圆角2mm以内。
5　工艺设计
5.1　一工序拉延工艺设计
拉延工艺设计主要包括：冲压方向设计、
压料面设计，工艺补充设计，拉延筋设计。
5.1.1　冲压方向设计
根据此产品特点，设置冲压方向时应考
虑材料利用率和工序排布等模具成本、冲压
生产成本等因素，通常遵循最小拉延深度
汽车罩
的原则；同时综合考虑修边角度（15°以
内）、及滑移线，将四工序的冲压方向均订
为（X=0°;Y=-8°；Z=90°）
5.1.2　压料面设计
压料面设计尽量简化避免形状复杂，建
议采用单曲率平面，保证材料流入均匀，并
且流入速度不宜过快，压料面应使成型深度
小且各部分深度接近一致。
5.1.3　工艺补充设计
发盖外板工艺补充面应遵循以下要求：
1）对于影响材料利用率的部位，分模线
要尽量接近产品线，但是不能影响废料刀的
设置及强度（一般要求产品边缘距离凸模圆
角的直线距离≥5mm）；
2）工艺补充面要考虑后工序的修边和翻表1　GX220BD+ZF材料参数
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边条件，尽量保证可以正修，同时也要考虑补充形状沿用或接近产品翻边形状，以保证产品质量。
3）对于此发罩外板在工艺设计时要特殊关注挡风玻璃处，此位置易出现成行不充分，刚性不足等问题，因此通常此位置要设置余肉，增强发罩内部刚性。（工艺补充如图2
所示）
图2　工艺补充
5.1.4　拉延筋设计
拉延筋是工艺补充的一个重要组成部分，覆盖件拉延成型时，需设计相应拉延筋控制板料流动，拉延筋可改变进料阻力，使材料流动均匀化。归纳起来拉延筋主要作用有如下：
1）增大局部区域进料阻力，使整个拉延件进料速度达到平衡状态。
2）加大拉延成型的内应力数值，提高覆盖件的刚性。
3）加大径向拉应力，减少切向压应力；延缓材料流动防止起皱。
一般情况下，要求发罩前侧拉延筋阻力设置相对较大，控制材料流动速度，控制冲击线。拉延筋一般是凹模圆角外侧边缘外扩20mm 作为第一条筋，如果存在双筋，则第二条筋与第一条筋间距通常设置30mm 间距。根据具体模拟结果不断调整，最终确定拉延筋分布方式如图
3。
图3　拉延筋布置
5.2　二工序修边工艺设计：
由于本发罩采取四工序设计，考虑到废料排出，减少废料削因此分两工序进行修边，对于发罩外板要考虑在风窗处设置三角定位，由于此工艺分2序修边，因此三角辅助定位设置在三序切出，二序需预留出定位区。
5.3　三工序翻边修边工艺设计：此工序的主要任务将上工序剩余废料修边，不满足直修的位置需进行侧修边，同时在风窗位置切出三角定位，用于后工序定位综合考虑后序翻边内容。为了减少同一工序的接刀，因此在修边的同时本工序在风窗两侧位置进行直翻。工序内容如下图4。
5.4　四工序切边加翻边工艺设计：第四工序对产品进行翻边，翻边后的角度需保证压合角度需求（95°-105°），翻边斜楔角度如下图8，在风窗位置采用先修后翻的工艺，先将定位孔切掉，随后翻边工序内容如图5
所示。
图
4　三工序内容
图5　第四序工序内容
6　模拟结果分析
一个良好的CAE 分析结果是减少模具调试最重要的保障，本次模拟主要从产品的成型性，良好如图6所
示。从分析结果可以看出产品无开裂区域，产品减薄满足刚性要求最大值可达到6%，局部个别点数值略小于
3%，产品合格。
图6　CAE
分析结果
图a　成型性
图b　减薄
7　现场调试基本要求
在CAE 分析得到一个合理的结果之后，如何让现场充分还原实际模拟结果是现场调试的关键，一般情况下对现场调试提出以下要求：
1）产品收料线要求与实际CAE 分析基本一致，偏差5%以内判定合格。
2）拉延件产品着率必须达到95%以上。
3）压机的压边力，压边圈行程等参数要求与CAE 分析一致。
4）全工序无压伤，压痕，翻边间隙合理。
8　结束语
通过对某车型发罩外板从前期冲压方向的确定到工序的排布，再通过Autoform 对其工艺可靠性进行验证，通过对最终成型件多个指标的判断，充分证明的此工艺设计的可靠性及可实施性。
参考文献：
[1]唐东胜，程国中，林华胜 汽车零件成形工艺设计缺陷与改进[J]模具工业 2011年第 37卷第 2期 23-26.
[2]韦荣发，石峰，麦育智 汽车覆盖件拉伸缺陷分析与整改实践[J] 模具制造 2018年第5期 19-24.