上汽通用:汽车覆盖件冲击线判断方法及解决方案

在汽车市场竞争日趋激烈的情况下，整车制造厂对零件质量的要求也日趋提高，不仅是外表面的质量，还包括门盖打开后暴露在外面的第二表面质量。所有缺陷中，侧围外板门槛处的二次冲击线是一个很难解决的问题。为了增大门洞的空间，提高乘客进出车门的舒适感，目前零件设计都比较紧凑，圆角以及侧壁斜度都偏小，使冲击线的缺陷更加严重。

（a）拉深开始时凹模圆角接触板料

（b）拉深过程中板料流过圆角

（c）拉深结束时冲击线留在零件上

图1 零件成形产生冲击线示意图

目前，随着计算机技术的迅速发展及有限元理论的不断完善，以有限元为核心的板料成型数值模拟仿真技术已经成为强有力的工具。在设计阶段对零件成形过程中可能产生的缺陷进行预测并加以消除，为设计人员在模具设计和工艺参数制定中提供可靠的理论依据。如图1所示，冲压成形过程中，零件成形初期，板料在凹模圆角或凹模上最先接触的棱线处会产生硬化，形成冲击线，伴随成形过程的继续进行，板料流动增加，冲击线会逐渐往成形零件的中心移动。板料在流过凹模的凸圆角时，发生弯曲后材料继续流动，产生的变形痕迹保留在零件上，形成冲击线。冲击线深浅的不同，在整车喷漆后的表现不同，比较浅的冲击线基本不可见，但比较深的冲击线在喷漆后仍然很明显，肉眼可见。

目前识别冲击线主要靠反光线照射的检查方法，依靠人的主观进行判断，而且在模具调试的过程中，减轻该缺陷也是靠钳工的手工调整，放大凹模圆角等办法，并且无法提前判断方案实施的有效性。因此，需要在CAE软件中找到一个可靠的判断依据来分析影响冲击线形成的深浅程度，辅助拉深工艺面的设计，进而减少模具在调试中盲目修模造成浪费，提高效率。

在CAE软件中，对开裂、起皱已有可靠的判断方法，能够准确预测缺陷并提前解决，但是对冲击线的判断方法不明确，不知道用什么样的参数和数值来判断冲击线的深浅。现以汽车侧围外板为例，介绍Autoform软件中冲击线的判断方法以及避免形成二次冲击线的解决方案。

1　有限元模型的建立

侧围外板的钢板材料是汽车用热镀锌冷轧钢板，厚度0.6mm，弹性模量E为2.1×105MPa，屈服强度σs为156MPa，抗拉强度σb为300MPa，总延伸率为40%，硬化指数n为0.21，厚向异性指数r为1.8。

为保证软件模拟的可靠性，需要对Autoform软件中的参数进行准确设置，设置参数如表1所示。

图2 工具体

1.凹模 2.外压边圈 3.内压边圈 4.内压边圈 5.凸模 6.板料

图2所示为各工具体的示意图，其中压边力为8004kN，内外压边圈拉深行程一致，均为200mm。

2　计算结果及分析

图3 零件在门槛处冲击线位置

图3所示为侧围外板门槛部位的冲击线位置，采用物理方法评估冲击线的终止位置，在凹模圆角上设置一条线为板料接触凹模圆角的初始位置，板料拉深行程结束时即为板料金属最终变形处的位置，即冲击线形成的位置。根据冲击线形成的原理该方法能够准确预测出冲击线的位置，图3所示冲击线位置为距离圆角30.2mm处，但无法判断该冲击线的深浅程度，还需其他模拟结果来判断冲击线反馈在冲压件上的状态。

图4 零件拉深后反弯曲应变云图

Autoform中反弯曲应变（unbendingstrain）是定义成形过程中曲率的减小，计算方法为成形中的最大曲率减去当前曲率乘以0.5倍的料厚，在板料发生弯曲和反弯曲后，记录成形过程中曾出现的最大曲率时的状态。图4所示为零件在拉深结束时的反弯曲应变云图，可以用0.008作为参考数值判断冲击线的深浅程度，若低于该数值，冲击线的痕迹就不明显，喷漆后不可见。根据反弯曲应变判断图4中的冲击线距离圆角的距离为29.8mm。

图5 接触应力示意图

图6 零件拉深后最大接触应力云图

接触应力是板料在凸模或凹模圆角处受到的法向应力，如图5所示，最大接触应力可以记录板料在整个成形过程中曾出现的最大的接触应力。拉深结束时板料所受的最大接触应力云图如图6所示，以7%的板料屈服强度为参考数值，判断冲击线的深浅程度。由图6可见，板料的冲击线距离圆角29.4mm。

2　模拟结果与实际生产结果对比

图7 零件上冲击线示意图

图7所示为实际侧围外板门槛处的冲击线，位置为距离圆角29mm处，同CAE分析中判断的位置相近，痕迹很深，表现十分明显。

（a）模具整改的断面示意图

（b）整改后最大接触应力数值

图8 模具整改内容及冲击线仿真结果

图9 零件的最终表面质量

为了避免产生该冲击线缺陷，如图8（a）所示，在CAE分析中增大拉深型面局部侧壁斜度及凹模圆角，同时增大冲击线对应内外侧拉深筋，模拟结果显示最大接触应力的数值降低到10左右，如图8（b）所示，模拟分析显示改善效果明显，且零件没有开裂风险，以此方案对模具零件进行整改，图9所示为实际零件整改后的效果，冲击线的痕迹有了显著改善。

▍原文作者：李凤仙

▍作者单位：上汽通用汽车有限公司