北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案

zhaoxiuying 2019年2月27日浏览：1243 评论：1 收藏：1

后轮罩外板是白车身上重要的功能件，它分别与侧围轮眉、轮罩内板、D柱等多个制件搭接，尺寸精度要求较高。由于轮罩外板的结构特性，并且随着大尺寸轮胎越来越多的应用，后轮罩的成形深度越来越深，这不仅加大了后轮罩外板的成形难度，同时其回弹也更加不易控制。

随着CAE分析技术的日臻成熟，对复杂冲压过程的仿真日益完善，可以通过前期模拟分析制件成形过程中存在的各种缺陷，通过前期提出制件结构设计变更及调整冲压工艺，避免后期实际模具开发时产生的整改成本或制件出现无法更改的质量缺陷。

1 后轮罩外板同步工程分析

车身产品设计工程师在设计过程中主要关注满足车身性能及各种配接要求，对制造可行性关注度不高，经常出现某些制件制造难度相对较高，甚至无法制造，所以同步工程分析在新车型开发过程中起着至关重要的作用。在某新车型开展同步工程分析过程中，发现后轮罩外板设计存在很大的制造风险，如图1所示。

图1 初始制件结构

使用AutoForm软件对其进行模拟分析，发现以下几处主要风险点：

Ⅰ、Ⅱ处存在立壁加强筋，顶部圆角出现多处台阶且不光顺，拉深过程中易出现应力集中，产生开裂。

Ⅲ处落差大（32mm），且立壁拔模角小。

Ⅳ处立壁拔模角小，两处立壁平面夹角为锐角，该结构易出现顶部开裂，角部起皱现象。

经过CAE分析，开裂、起皱情况如图2和图3所示。

图2 初始制件开裂情况

图3 初始制件角部起皱情况

由CAE分析结果可知，初始制件顶部所有存在台阶的圆角均产生开裂，型面变化剧烈位置（Ⅳ处）开裂严重，Ⅲ处角部起皱严重。

针对分析结果提出更改建议：

Ⅰ、Ⅱ处立壁加强筋在到达顶部圆角之前消失，以保证顶部圆角的光顺性，并在顶部非搭接区域增加斜面，使拉深过程中顶部接触由点接触变为线接触。

Ⅲ处在后部增加一个斜面削掉易开裂尖点，前部立壁采用整形工艺成形。

Ⅳ处在不搭接区域增加斜面削隙开裂尖点，底部增加吸皱三角筋，增加的吸皱筋不能破坏底部法兰圆角边界。

变更后的制件结构如图4所示，更改后CAE分析结果如图5、图6所示。

北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案的图4

（a）主视图

北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案的图5

（b）轴侧图

图4 更改后的制件结构

北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案的图6

图5 更改后CAE减薄情况

图6 更改后角部起皱分析情况

由图5可知，更改后制件有2处尖点位置减薄超过20%，最大减薄率为21.1%，由于轮罩外板材质为DC06，最大减薄率未超过极限减薄率23%，且最大减薄位置在尖点区域，所以更改后制件满足成形要求。

图7 实际生产制件

由图6可知，角部位置成形明显改善，曲面失效高度（surface defect height）起皱现象消失。实际制件角部区域也未发生起皱，如图7所示。

后轮罩外板工艺设计

后轮罩外板由于其特殊的结构（后侧为大法兰结构，且法兰上存在多处结构特征），其成形过程中后部法兰没有材料流动，其拉深成形主要依靠板料从轮弧位置的材料流入来完成，法兰上的结构特征依靠压边圈墩死最终成形。

该成形方案会造成制件修边后产生回弹扭曲，不同结构的轮罩会产生不同的回弹状态，当轮罩端头为开放式结构时会产生向外扩张的回弹，当端头为半封闭式结构时会产生向内收缩的回弹；如果轮弧位置存在翻边，由于其翻边时少料的结构特性，在翻边过程中会产生应力集中，模具打开后，作用在制件上的约束消失，制件的内应力释放，回弹在翻边后更加明显。

某车型的轮罩端头结构为一端开放，一端半封闭，造成的回弹是一端向外扩张回弹，一端向内收缩回弹，回弹状态复杂。

根据此轮罩结构，其设计要点主要有以下几个方面：

冲压方向：以底部法兰法向线作为拉深冲压方向，如图8所示。

图8 冲压方向设置

压料面设计：设置轮罩底部法兰面为压料面，前侧轮弧位置法兰面隆起，尽量降低前侧法兰与轮弧顶部的高度差，以便于材料流入；为避免压料面触料起皱，前侧抬高部位压料面进行倾角处理，如图9所示，压料面触料状态如图10所示，无明显起皱现象。

图9 压料面设置

图10 压料面闭合状态

凸模工艺补充设计：轮弧部位凸模轮廓宽度尽量接近，即L1≈L2，使整个凸模的伸展率基本一致，减小制件成形时回弹扭曲现象，如图11所示，初始凸模顶部结构部位制件回弹如图12所示。

北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案的图12

图11 凸模轮廓设计

北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案的图13

图12 凸模顶部无工艺补充制件回弹

北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案的图14

图13 凸模顶部有工艺补充制件回弹

在轮弧前侧工艺补充顶部增加大圆角，如图13所示，目的是为了延迟轮罩顶部圆角的触料时间，将轮弧顶部圆角的触料状态由点接触变更为线接触，降低轮罩顶部圆角开裂的风险，另外凸模顶部的反成形结构可以提升制件的延伸率，增加刚性，从图12和图13可以看出，当凸模顶部增加工艺补充结构后，制件回弹超差部位由原来整个凸模覆盖制件的位置超差减小至凸模顶部圆角对应制件的部位，回弹区域减少，回弹量明显降低，所以凸模顶部增加工艺补充结构设计可以有效抑制轮罩的回弹。