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      案例剖析

      汽車模具設計-某車型后輪罩外板-產品工藝問題優化分析[智恩模具]

      Date:2017-11-22

      后輪罩外板是白車身上重要的功能件,它分別與側圍輪眉、輪罩內板、D柱等多個制件搭接,尺寸精度要求較高。由于輪罩外板的結構特性,并且隨著大尺寸輪胎越來越多的應用,后輪罩的成形深度越來越深,這不僅加大了后輪罩外板的成形難度,同時其回彈也更加不易控制。車身產品設計工程師在設計過程中主要關注滿足車身性能及各種配接要求,對制造可行性關注度不高,經常出現某些制件制造難度相對較高,甚至無法制造,所以同步工程分析在新車型開發過程中起著至關重要的作用。在某新車型開展同步工程分析過程中,發現后輪罩外板設計存在很大的制造風險,如圖所示。



      使用AutoForm軟件對其進行模擬分析,發現以下幾處主要風險點:

      01-Ⅰ、Ⅱ處存在立壁加強筋,頂部圓角出現多處臺階且不光順,拉深過程中易出現應力集中,產生開裂。

      02-Ⅲ處落差大(32mm),且立壁拔模角小。

      03-Ⅳ處立壁拔模角小,兩處立壁平面夾角為銳角,該結構易出現頂部開裂,角部起皺現象。

      由CAE分析結果可知,初始制件頂部所有存在臺階的圓角均產生開裂,型面變化劇烈位置(Ⅳ處)開裂嚴重,Ⅲ處角部起皺嚴重。

      針對分析結果提出更改建議:

      01-Ⅰ、Ⅱ處立壁加強筋在到達頂部圓角之前消失,以保證頂部圓角的光順性,并在頂部非搭接區域增加斜面,使拉深過程中頂部接觸由點接觸變為線接觸。

      02-Ⅲ處在后部增加一個斜面削掉易開裂尖點,前部立壁采用整形工藝成形。

      03-Ⅳ處在不搭接區域增加斜面削隙開裂尖點,底部增加吸皺三角筋,增加的吸皺筋不能破壞底部法蘭圓角邊界。

      更改后制件有2處尖點位置減薄超過20%,最大減薄率為21.1%,由于輪罩外板材質為DC06,最大減薄率未超過極限減薄率23%,且最大減薄位置在尖點區域,所以更改后制件滿足成形要求。

      角部位置成形明顯改善,曲面失效高度(surface defect height)起皺現象消失。實際制件角部區域也未發生起皺,如圖所示。

      后輪罩外板由于其特殊的結構(后側為大法蘭結構,且法蘭上存在多處結構特征),其成形過程中后部法蘭沒有材料流動,其拉深成形主要依靠板料從輪弧位置的材料流入來完成,法蘭上的結構特征依靠壓邊圈墩死最終成形。該成形方案會造成制件修邊后產生回彈扭曲,不同結構的輪罩會產生不同的回彈狀態,當輪罩端頭為開放式結構時會產生向外擴張的回彈,當端頭為半封閉式結構時會產生向內收縮的回彈;如果輪弧位置存在翻邊,由于其翻邊時少料的結構特性,在翻邊過程中會產生應力集中,模具打開后,作用在制件上的約束消失,制件的內應力釋放,回彈在翻邊后更加明顯。某車型的輪罩端頭結構為一端開放,一端半封閉,造成的回彈是一端向外擴張回彈,一端向內收縮回彈,回彈狀態復雜。


      根據此輪罩結構,其設計要點主要有以下幾個方面:

      沖壓方向:以底部法蘭法向線作為拉深沖壓方向,如圖所示。

      壓料面設計:設置輪罩底部法蘭面為壓料面,前側輪弧位置法蘭面隆起,盡量降低前側法蘭與輪弧頂部的高度差,以便于材料流入;為避免壓料面觸料起皺,前側抬高部位壓料面進行傾角處理,如圖所示,壓料面觸料狀態如圖所示,無明顯起皺現象。

      凸模工藝補充設計:輪弧部位凸模輪廓寬度盡量接近,即L1≈L2,使整個凸模的伸展率基本一致,減小制件成形時回彈扭曲現象,如圖所示,初始凸模頂部結構部位制件回彈。

      在輪弧前側工藝補充頂部增加大圓角,目的是為了延遲輪罩頂部圓角的觸料時間,將輪弧頂部圓角的觸料狀態由點接觸變更為線接觸,降低輪罩頂部圓角開裂的風險,另外凸模頂部的反成形結構可以提升制件的延伸率,增加剛性,從圖可以看出,當凸模頂部增加工藝補充結構后,制件回彈超差部位由原來整個凸模覆蓋制件的位置超差減小至凸模頂部圓角對應制件的部位,回彈區域減少,回彈量明顯降低,所以凸模頂部增加工藝補充結構設計可以有效抑制輪罩的回彈。

      輪罩右前側角部工藝補充設計:輪罩角部的立壁夾角為銳角,且拉深深度較深,在拉深過程中角部立壁及角部法蘭部位易產生起皺,為降低輪罩角部起皺的風險,在凸模角部區域增加立壁凹弧結構設計,改善整體立壁的線長。

      -END-

      智恩模具/設計師:皓辰

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