一汽：发动机盖外板非典型回弹补偿方案

1零件特点及冲压工艺方案

以某车型发动机盖外板为例，其在车身方向视图如图1所示，零件外形尺寸为1 652 mm×1 153 mm×117 mm。由图1可知，零件造型除2个棱线外，其余全为光顺的A面区域。该零件造型看似简单，但是整体尺寸较大，中间没有造型会导致刚度较差，且对补偿后的A面曲率连续性要求较高，限制了补偿量，可能会出现以下情况：①保证了A面质量但是尺寸不合格；②保证了尺寸合格但是A面存在曲率不连续的缺陷。

图1 零件在车身方向视图

发动机盖外板材质为FC180-340HD，屈服强度为212 MPa，抗拉强度为319 MPa，硬化指数n为0.198，各向异性r值为1.627。相较于内板件的st16材质，该材质抗拉强度，拉深易开裂，因此在设计拉深的压边圈型面时，要尽量贴合零件，采用浅拉深方式，将冲压角度设置为（0°，-10°，90°），四周无流入量的锁死筋起到胀形成形的目的，该工艺既可以使板料充分塑性变形，又可以最大限度地提升材料利用率。

压边圈在冲压坐标系下的视图以及拉深深度如图2所示，压边圈造型使前进气栅侧拉深深度在45 mm左右均匀等深分布，风挡侧拉深深度在75 mm左右等深分布，与大灯和翼子板搭接处拉深深度在40~55 mm均匀过渡，这种拉深深度分布可以满足板料锁死而补充立壁不开裂的要求。零件中间拉深深度在105 mm左右均匀分布，保证了胀形成形的深度，以达到成形充分，使零件达到一定刚度。

图2 拉深的压边圈造型与拉深深度

为了减轻模具质量以达到降低制造成本的目的，将原来OP40夹料翻边改为无夹料翻边的方案，这需要OP10拉深在设计工艺补充时考虑最大限度地减小回弹量，因此采用过拉深形式，如图3所示。过拉深具体参数：零件外延0.5 mm，分别倒凸圆角R4 mm和凹圆角R5 mm，修边线距离凹圆角边界1.0 mm，以保证后期修改量。

图3 拉深补充造型

（a）拉深补充造型 （b）过拉深造型

冲压工艺方案分为4道工序，如图4所示，分别为OP10拉深、OP20修边冲孔、OP30修边和OP40修边翻边。由于OP10采用过拉深形式，在设计工艺补充时将不满足正35°修边角度的区域改造为满足正修边的造型，因此可以将OP20、OP30斜楔机构修边改为正修边，以缩减斜楔机构的成本，同时可以降低加工成本和调试成本。

图4 冲压工艺方案

（a）OP10拉深 （b）OP20修边冲孔 （c）OP30修边 （d）OP40修边翻边

2回弹补偿方案确定

汽车外覆盖件在检具上的支撑状态对其回弹值测量的准确性有较大影响，因此需要确定检具支撑点位置及检测方向，如图5所示。由图5可知，零件检测状态与冲压方向基本一致，没有出现反转情况。检具上主支撑点为A1~A4，其余D5~D15为辅助支撑点，B、C为CH孔，CH孔是排查模具调试过程中因符形定位不良造成的零件窜动及扭曲问题所设计的工艺孔，在检具上作为辅助定位孔使用。

图5 检具信息

（a）检具RPS支撑点 （b）检具检测方向视图

在确定回弹补偿是否达到要求时，需要根据客户所给GD&T信息确认，GD&T是工程制造领域常见的尺寸公差标注方式，体现了零件几何形状尺寸与位置公差的精度要求，如图6所示。由图6可知，轮廓附近30 mm内A面尺寸公差要求±0.3 mm，轮廓公差为±0.3 mm，与内板涂胶面搭接区域公差为±0.7 mm，其他范围型面公差为±1.0 mm。

图6 GD&T公差要求信息卡

冲压工艺主要参数如表1所示，网格划分精度如表2所示，拉深筋布置如图7所示。

表1 工艺参数

表2 网格划分精度

图7 拉深筋布置

在回弹补偿前需要对模拟文件进行检查以免由于模拟误差造成的回弹不准确，其中全工序增量步结果如图8所示，全工序计算中增量步未超过40步，满足回弹精算的要求。图9所示为全工序自由回弹结果，由图9（d）可知全工序自由回弹均在3 mm以内，且左右对称性较好。图10所示为全工序符型状态结果，全工序符型量较小，均在2 mm以内。图11所示为全工序压料板对零件引起的塑性应变结果，后工序压料过程未对零件造成塑性应变。

图8 全工序计算的增量步结果

图9 全工序自由回弹结果（单位：mm）

图10 全工序符型结果

（a）OP20符型量 （b）OP30符型量 （c）OP40型量

图11 全工序压料板对零件引起塑性应变结果

（a）OP20塑性应变 （b）OP30塑性应变 （c）OP40塑性应变

由于工艺方案采用了无夹料翻边形式，翻边镶件的刃入顺序会对回弹有较大影响，一般先验证翻边镶件整体同时刃入，其支撑回弹如图12（a）所示，风挡侧回弹较大，超过了1 mm。而翻边镶件使用先后刃入，如图12（b）所示，其支撑回弹有较大改善，回弹量接近零。最终采用了先后刃入的翻边形式，先后刃入量为20 mm，范围为265 mm。

图12 回弹的影响（单位：mm）

在最终确定冲压工艺方案后，需要确定回弹补偿依据。在检查支撑回弹结果时发现，D8支撑点在零位时，支撑力为36.4 N，超过了30 N，支撑力超差回弹结果不准确，但是如果取消D8支撑点，则会导致零件在重力状态下整体下塌。为了保证支撑力不超差，且回弹补偿量尽量小，以保证补偿后零件的曲率连续性与零件数模一致，将D8基准下降0.5 mm，此时支撑力降低至10 N，以此支撑回弹作为全工序的补偿依据，其回弹结果如图13所示。

图13 D8支撑点不同状态的支撑回弹

回弹补偿方案如图14所示，将全工序的支撑回弹对拉深进行1∶1补偿，后工序使用与拉深一致的型面，同时OP40翻边采用先后刃入形式。

图14 回弹补偿方案

3回弹补偿及模拟验证

对于汽车外覆盖件的回弹补偿，最难的部分是A面重构，回弹量的大小和分布对A面重构后的曲率连续性有较大影响，而且在补偿时需要不断的尝试不同补偿量，以达到公差要求。在尝试补偿过程中，借助AutoForm-PD软件实现带参数的A面重构补偿，方便调整参数，快速完成回弹补偿的验证，并得到可以加工的型面精度，补偿效率提升50%以上。AutoForm计算的全工序支撑回弹的补偿矢量如图15（a）所示，AutoForm-PD软件的补偿过程如图15（b）所示，将A面以外的矢量点全部删除，A面质量采用Balanced Law（平衡策略），且系数设置为1.0，以此生成补偿后的A面，重构A面后补偿量如图16所示。

图15 回弹补偿A面重构方法

图16 A面补偿量云图

A面补偿或重构最重要的是曲率连续性与零件数模保持一致，且不能出现断线。补偿后着重检查A面补偿前后曲率变化的一致性，原始补偿前后曲率凸凹型对比如图17所示，两者曲率变化一致。斑马线检查如图18所示，补偿前后斑马线一致。由此可知AutoForm-PD软件全参数化对A面进行重构后，能保证与零件数模一致的曲率连续性和斑马线特性。

图17 A面补偿前后曲率对比

图18 A面补偿前后斑马线

对A面进行重构并检查后，进行全工序回弹补偿验证，结果如图19所示，所有型面均达到了±0.3 mm要求，满足GD&T公差要求，且D8支撑点的支撑力为5.3 N，小于30 N的极限，达到了支撑力不超差的要求。

图19 全工序补偿后支撑回弹结果

▍原文作者：张胜利丁顺风刘庆李喜东

▍作者单位：一汽模具（天津）有限公司