文/袁安刚，于占涛，王立新·吉林省元隆达工装设备有限公司
本文针对一套多工位模具生产两种高强板材质纵臂产品的回弹补偿问题，利用AutoForm_R6强大的仿真功能，通过克隆补偿模块，实现制件补偿，数模重构。该方法可以有效预测和解决汽车覆盖件的回弹缺陷问题，同时利用多工位模具高效、节能的设备优势，实现生产两种车产品的功能。
汽车覆盖件特别是底盘件多为高强板、厚板的冲压件，如控制臂、扭力梁、纵臂等。纵臂作为车身悬挂系统的重要组成部分，其材质抗拉强度大，零件尺寸小，成形困难，回弹补偿难度大，同时多款车型共用一个底盘平台，匹配区域多的特点使其在整车底盘制造中占据着较重的分量，也是整车冲压件中对冲压工艺水平要求较高的一类零件。
图1产品A与产品B黄色圆圈所示位置均为RPS点，产品A共13个RPS点，产品B共12个RPS点；红色面为两种产品不同区域主基准孔大小不同，纵臂搭接区域匹配型面公差为±0.3mm。因此纵臂设计时，前期回弹补偿至关重要。
图1 产品A与产品B
首先在多工位模具的最后工序上通过替换与拆卸修冲模块，基于产品A与产品B的生产，如图2所示。其次根据客户落料机台参数及其落料模设计要求（图3），降低搭边值(min:7.0mm)，优化排样，将材料利用率优化到最大值的54.9%。
图2 红色线框内为替换与拆卸的修冲模块
图3 落料排样模块
前期通过缜密的工艺规划，消除零件边界主应变超差，产品局部区域开裂，以保证冲压工艺的合理性，实际模具制造和调试、零件生产的顺利实现。同时成形与整形的压板力、每工序的定位器位置在结构设计时必须与CAE分析保持一致。料片大小、轧制方向等按照落料排样状态用于CAE分析。使用AutoForm_R6版本进行全工序模拟分析时，修边工序设置开启Cutting with Tools模式，这样更加贴近现场调试状态，每工序后需设计回弹状态评估，（回弹模块设置采用自由回弹、约束回弹、真实测量相结合的方式）。产品A和B的成形性状态如图4所示。
图4 产品A和B的成形性状态
全工序模拟仿真完成后，得到回弹后的零件，对其进行正确的回弹评估非常的重要，这是我们制定和优化测量方案以及制定、优化和评价补偿方案的基础。在实际生产中设备和材料参数存在一定的波动，所以基于生产商最终实际生产使用材质参数用于AutoForm_R6仿真模拟，对于回弹稳健性分析至关重要，因此零件不能开裂、起皱和回弹波动范围不能过大也不能超过中值。前期优化稳健性分析时，要求最大失效(Max Failure)0.8、最大变薄率(Thinning)-0.19、主应变(Major Strain)0.18、平衡迭代次数(Equilibrium iterations)≤40。通过对全工序件CAE回弹分析，前后两端回弹严重，超差最大值约为：-4.5mm，前端平面发生扭曲回弹，同轴孔区域最大回弹值约为：-3.7mm（图5）。
图5 产品A和B自由回弹评估
通过细化工艺规划，使工序过程保持稳健性，进而采用AutoForm_R6回弹补偿模块进行模具型面的迭代补偿，因为第一次成形采用Crashform模块成形，成形模具型面无需进行缩放；修边工序压板与凸模局部型面相对应凹圆角逃空开，工程数模为原产品数模，降低对回弹的影响，回弹补偿策略如图6所示。即整形前制件回弹全局补偿到成形工序，最终制件回弹非翻边面回弹量补偿到成形工序，成形工序回弹补偿系数设为1.5，翻边工序回弹补偿系数设为1.0，进行3次迭代补偿后结果如图7所示。
图6 回弹补偿策略
图7 迭代补偿后产品回弹效果
基于常用CAD软件对回弹补偿曲面重构，对AutoForm_R6成形工序与翻边工序补偿向量直接进行全数据重构；同时依据产品要求对变形后局部型面作特殊公差处理。最终补偿型面成形工序最大补偿量约为11.0mm，翻边工序最大补偿量约为1.0mm，补偿量对比如图8所示。
将最终补偿数据重新代入AutoForm_R6分析验证回弹，两种产品回弹结果，产品B局部0.92mm超差区域，因为在实现另一种产品时，对应产品区域修边后，应力释放造成该区域回弹，因此在结构设计时修边工序采用压板整形，同时在翻边区域镶块预留补偿整改量。待现场出件后根据实际状态调整此处超差区域。
图8 最大补偿量数据对比图
多工位模具在制造加工误差和边界的偏差也可能影响回弹的最终结果，所以在数控加工过程中减少刀具更改，每套模具加工完成后必须进行ATOS光学扫描，对比加工数据（图9），降低制造误差，基于精准的数控加工，可以有效的避免型面及模具加工误差和偏差，提高产品质量，降低调试成本。
图9 上、下模与加工数模对比数据
中期调试过程中严格按照CAE仿真结果理论压力、制件的定位位置，机械手工作区合理避让，调整制件状态，同时满足联合安装出件条件，验证前期回弹补偿后局部超差区域实际制件状态，结果与理论分析趋势一致，启动备用补偿策略，在翻边序调整工程数模。产品A ATOS扫描结果，与前期分析趋势一致，最大回弹量0.75mm；产品B ATOS扫描结果，与前期预判分析趋势一致，红色线框内回弹值为1.02mm，理论分析回弹值为0.9mm（图10），启动预备补偿方案，基于翻边序数模，调整红色、蓝色线框区域，加量0.5mm补偿数模。
图10 产品ATOS扫描结果
调整整形数模后，制件三坐标检测状态如图11所示，产品A型面最大回弹值为0.64mm，合格率为93.5%，产品B型面最大回弹值为0.77mm，合格率为92.68%。
图11 产品A、B三坐标检测数据
基于一套多工位模具，生产两种不同车型的纵臂产品，不仅降低了模具的开发成本，还提高了多工位机台的利用率，突出了多工位机台高效率的特点。同时，对于采用高强板材质的纵臂而言，前期的工艺规划需要充分考虑机台设备参数，回弹补偿也是决定质量的重要因素，在整个项目研究过程中，发现产品质量不仅需要准确的模拟仿真和有效的补偿策略，现场调试人员的细致调整对质量的结果也起到关键作用。只有在调试钳工细致的调整下，才能保证纵臂的成功回弹补偿。最终在预定的项目工期，达到客户产品质量标准，模具交付工作顺利完成。
（感谢德国本特勒公司的工程师和吉林元隆达工装设备有限公司的所有工程师和工作人员参与此项目。）
作者简介 袁安刚，毕业于长春理工大学国家纳米操纵与制造国际联合中心，主要从事冲压工艺设计，参与设计完成的项目有德国本特勒纵臂、大众轮罩外板、大众侧围内板、一汽轿车前纵梁等产品。
联系客服
