汽车结构件冲压工艺设计优化

2021年4月27日汽车技术评论2,314阅读模式

汽车结构件是形成汽车骨架、影响汽车结构稳定性、安全性以及支撑汽车各类元器件的零件。在汽车产品开发中，结构件零件数量多，其搭建关系较为复杂，成为汽车车身精度、强度以及整车开发成本的重要影响因素。

产品数据设计完成后，工艺设计部门对零件进行冲压件工艺规划和计算机辅助工程（CAE分析），一般是从成形性、零件品质保证、模具强度和修边工艺可行性、生产成本等方面提出问题和风险，以ECR（工程变更申请单）的形式反馈给产品设计部门，由产品设计部门对产品数据进行修改和优化，从而达到减少模具开发成本，优化生产工艺，提高整车产品质量的目的。如图1所示，是汽车零件工艺设计的一般流程。

汽车结构件冲压工艺设计优化

成形性分析

(1)冲压件的圆角半径太小，会造成局部过尖，零件减薄率超过极限，从而引起零件开裂。一般情况下汽车内板结构件圆角半径应尽量大于3mm，以避免增加模具数量；局部凸包或凹坑的圆角半径尽量大于8mm，具体圆角半径的尺寸与零件材质和形状等因素相关，可以通过对产品数模的CAE分析，计算零件的减薄率，确认圆角处是否会出现开裂现象，根据分析结果选择满足零件成形要求的合理圆角半径。

如图2所示，某车型顶盖横梁的零件数模，在产品SE数据阶段，横梁上部凸台沉孔的圆角半径是5mm，经CAE分析，拉延过程中，此凸台圆角根部已超出成形极限，圆角有开裂的风险，经初步分析，将沉台圆角半径增大至7mm可消除开裂。通过对数模整体的排查，优化数模质量。

(2)冲压件的拉延深度或翻孔高度应在合理的范围内，特别要注意局部拉延深度或翻孔较深的部位，由于减薄率过大很容易引起开裂，可以通过CAE分析软件确认是否会出现开裂现象，从而对零件结构进行改进，设置减少拉延深度的特征或改变成形工艺，优化材料流动特性，避免开裂现象。某零件安装板翻边孔的优化过程如图3所示。

孔1#、2#、3#、4#原来为翻边孔结构，翻边高度为5mm，工艺为冲孔-翻边（孔），经分析由于翻边（孔）高度较高，翻边孔四周存在开裂现象，经产品优化，1#、4#冲孔翻边结构改为台阶孔结构，工艺改为先成形凸台，再进行凸台冲孔；2#、3#通过加大翻边底部圆角和四周圆角，同时翻边高度从3mm改为1mm，可改善零件翻边孔开裂的现象。

（3）冲压件存在负角，在冲压成形过程中，会造成产品件脱模困难无法正常取件，或者需要增加额外的工序实现，因此零件应带有一定的拔模角，拉延深度较大的零件或者高强板零件的拔模角应适当增大。在数模分析阶段，首先通过产品工艺分析，确定零件的冲压方向，在选定的冲压方向生产时，如果零件型面和冲压方向之间存在负角，应进行产品优化，避免因负角的存在无法从模具取出零件，导致工序增加或模具结构复杂化。

某项目水箱上横梁内板如图4所示，初始数模（见图4a）在选定的冲压方向生产时，存在一定的负角，生产工艺无法实现，经沉台侧面角度优化后（见图4b），可在不增加工序的情况下，满足一次性成形要求。