縱梁設計優化及回彈補償

文／王慶雨，單浩，時巖林·浙江吉潤汽車有限公司寧波杭州灣分公司

后縱梁作為白車身中的關重件及難點件，一直以來都是開發人員最難以攻克的課題。因其結構造型復雜，其材料強度高(大部分為HC340/590DP 或HC420/780DP)，給開發過程中的工藝分析、模具結構、模具調試、母線精度恢復、項目交期等帶來了極大的困難。隨著公司項目的日益增多，攻克后縱梁這個難題已刻不容緩，本文將從縱梁工藝與結構設計優化的角度來論述控制回彈趨勢，提升模具的穩定性；通過回彈補償方案策劃，將縱梁90%以上區域回彈控制在±0.5mm 之內，縮短了后期的調試周期，從而縮短了開發周期。

工藝與結構設計優化

分析軟件設置要求

⑴計算類型選擇回彈，推薦使用AF R7 版本，參數要求FV，網格單元EPS，層數11。

⑵回彈計算時設置要求。

1)修邊工序的設置要與模具工序內容一致，必須采用壓料修邊；

2)最終回彈的參考體必須是產品，并且各工序的回彈參考體最好手工導入；

3)必須保證回彈結果收斂，再進行回彈補償，補償參考分析值和經驗為最終大部分區域控制在±0.5mm 內；必須要保證補償后的型面平順，不要出現局部凸起。

OP05 落料工藝改善

采用級進落料(1 出2，分左右件)，避免了后續生產板料毛刺方向對成形的影響，也有效提高了材料利用率和生產效率。

OP10 拉延工藝制定

⑴方案一：全拉延+側修邊工藝方案，拉延到底，減薄率局部超標，且3 處起皺風險較大，無法消除，此方案未采納。

⑵方案二：局部半拉延+翻邊+側整形工藝(圖1)，經分析，此方案無開裂起皺現象，成形效果良好，采用此方案。

圖1 局部半拉延+翻邊+側整形工藝

拉延工藝細節處理

針對翻邊過程中存在輕微缺料問題，在拉延凸模上增加儲料工藝，盡可能增加翻邊區域型面線長，減少翻邊過程要料，影響主型面。

針對圓弧翻邊嚴重缺料問題，現有小水滴式儲料工藝優化改善，在現有基礎上盡量增加翻邊線長，減少翻邊過程缺料；儲料工藝在滿足CAE 分析的狀態下，開模數據可適當加大，在后續調試過程中放量。

如圖2 所示，OP10 整改前存在型面不光順、碎面和局部面倒角不光順、拉延局部面不平的問題，通過對型面細節做倒角光順處理使曲面平緩。

圖2 對型面細節做倒角光順處理使曲面平緩

通過型面局部強壓處理、局部考慮補充面造型和R 角局部空開來控制回彈和防止零件扭曲，具體操作如圖3 所示。

圖3 局部細節處理控制回彈和變形

拉延結構優化

⑴為消除制件型面落差處起皺，上模設置預壓料芯，依據分析數據，壓芯底部使用8.4t 壓力保證制件穩定，同時兩側增設氮氣缸保證壓料芯受力平衡，保證整體強度。

⑵為避免調試機床與生產機床的閉鎖功能差異，縮短匹配調試時間，增設壓邊圈回程延時機構，避免零件變形，同時避免了機床閉鎖功能不足導致的停產風險。

⑶引入同心孔理念，各工序設計同心圓，可有效驗證各序調試時材料走勢，明確各序差異。

⑷壓邊圈防側由傳統的2個防側導板增加到4個，且增加上下模本體防側向導板，有效消除側向力，使拉延過程更穩定。

回彈補償方案

回彈補償思路及方案

OP10 拉延。根據最終件結果值對OP10 拉延模整體補償，保證拉延模90%型面回彈量控制到±0.5 mm，盡量減少翻邊、側整形量。

OP20 修邊+沖孔。型面先不加工，待拉延回彈補償穩定后再根據OP10 拉延件逆向加工。

OP30 翻邊+側修邊。主型面沿用OP10 型面，只針對零件翻邊側壁區域進行補償。

OP40 側整形。主型面沿用OP10，側壁采用60°斜楔側整形，主要整兩側壁回彈量，將側壁回彈整形到位。

OP50 沖孔+側沖孔。采用產品型面，無回彈補償。

⑴OP10 拉延回彈補償方案(主型面區域回彈補償)。

根據最終工序件(OP50)回彈值對拉延模做整體回彈補償(補償系數約為1.0)，90%主型面回彈量控制到±0.5mm。

⑵OP10 拉延反弧處理。

根據CAE 分析：拉延做反拉檻結構控制反弧及側壁回彈；補償處理后側面回彈不超過0.5mm，測得反弧量小(0.2mm 左右)；考慮實際模具狀態與理論分析的誤差，無法確定反弧補償量，考慮到拉延模具做火后加工，如補償過度，后期整改量大。

綜上，暫不做反弧補償，反弧依據實際出件狀態再確認整改量；如需要進行反弧補償，補償方案選擇在回彈弧面的最高點做折線、不倒角的型面補償。

OP30 翻邊?；貜椦a償方案(針對翻邊側壁回彈補償)

該工序主要實現翻邊工藝，根據回彈值只針對零件翻邊側壁區域進行補償(補償系數約為1.0)，以減小側整形工序整改量。

OP40 側整形回彈補償方案

根據回彈分析結果，主要調整側壁區域回彈(目前補償系數約為1.0)，斜楔采用60°整形。通過控制整形工序模具間隙(0.2 ～1.6mm)，保證翻邊面質量，同時有效控制翻邊面的回彈。

回彈補償斷面長度分析

對回彈補償斷面長度分析，以驗證回彈補償的有效性。

⑴OP10 拉延線長確認，見圖4。

圖4 OP10 拉延線長確認

⑵OP30 拉延線長確認，見圖5。

圖5 OP30 拉延線長確認

⑶OP40 拉延線長確認，見圖6。

圖6 OP40 拉延線長確認

回彈補償前后對比

⑴ OP10拉延補償前后對比，見圖7。

圖7 OP10 拉延補償前后對比

⑵ OP30拉延補償前后對比，見圖8。

圖8 OP30 拉延補償前后對比

從 OP10至OP30 分析可以看出：通過回彈補償，主面回彈90%以上區域回彈量控制在±0.5mm 以內，同時回彈補償后零件扭曲量較小。

⑶OP40 拉延補償對比，見圖9。

圖9 OP40 拉延補償前后對比

從OP40 拉延補償前后對比可以看出：通過回彈補償，頂面90%區域回彈基本控制在±0.5mm 之內，側壁區域回彈量也基本控制在±0.5mm 以內，從截面圖來看，回彈補償后零件不扭曲。

⑷自由回彈和基準點回彈對比，見圖10。

圖10 自由回彈和基準點回彈對比

分析得出：基準點回彈與自由回彈差異小于0.1mm，回彈補償時可以采用自由回彈狀態進行補償。

效果驗證

通過工藝結構方案優化，回彈補償策劃，最終理論回彈量控制在-0.6mm ～+0.7mm 之間，整個零件95%區域回彈控制在±0.5mm 之內，且制件扭曲量較小，達到預期補償效果。

首件檢查

對調試參數、板料尺寸、拉延筋實物確認、拉延走料量、模具型面研合率和出樣掃描數據與CAE 分析數據對比確認，確認過程受控與分析結果一致，下文列舉右縱梁確認過程。

⑴調試參數對比確認，見圖11。

圖11 調試參數對比確認

⑵拉延筋設置對比，見圖12。

圖12 拉延筋設置對比

⑶走料量研合控制在5mm 以內，調試尺寸與理論尺寸一致。

⑷模具型面研合確認達成90%。

⑸拉延回彈數據對比。

調試參數符合設計要求，進出料狀態與CAE 分析一致，拉延研合率達到90%，實際出樣與CAE 分析，主要在圖13 中局部A 區域存在差異，最大差值1.5mm，經過調整壓邊力和縮減料片等方案調試驗證，A 區域回彈趨勢和CAE 分析的回彈趨勢是一致的，考慮到高強板和CAE 本身分析的差異，可以認為出件狀態和CAE 分析的狀態基本一致，分析正確。

圖13 拉延回彈數據對比

調試過程

⑴根據首件驗證結果，零件在檢具自由狀態下小頭貼合檢具，大頭處反彈。以小頭為基準，對大頭處的回彈進行補償，先按1:1 對拉延進行補償，確認整改的方向正確與否，以及正確后的有效性。

⑵第一輪整改后，回彈明顯改善，補償趨勢正確，可按當前數據繼續補償。

第一輪整改后存在圖14 中描述的問題，對問題原因進行分析，得出整改措施。

圖14 第一輪整改后存在的問題及整改措施

⑶第二輪整改后，零件整體狀態較好，主型面區域的基準面均貼合，零件放置檢具上狀態穩定，局部區域存在超差問題，如圖15 所示。

圖15 第二輪整改后局部存在超差問題及整改措施

⑷經過第三輪的整改，零件整體型面合格率在90%以上，見圖16。

圖16 第三輪整改后整體型面合格率在90%以上

結束語

綜上所述，通過前期策劃，數據前期做到最優化，CAE 精細化分析指導，制造過程受控，做到了實物與理論分析狀態一致，縱梁開發在FDJ后僅用5.5個月即達成了型面合格率在90%以上，有效提升了工作效率，縮短了困難件的開發周期，大幅降低了整改費用。