發(fā)罩外板風窗尖角A面波浪問題分析與優(yōu)化研究

現(xiàn)今的沖壓件A 面質(zhì)量問題分析系統(tǒng)中，已經(jīng)廣泛使用CAE 分析技術(shù)和3D 掃描技術(shù)，不僅給沖壓行業(yè)的沖壓件質(zhì)量帶來了重大的技術(shù)提升，更是將沖壓件A 面質(zhì)量問題帶入到量化時代。目前沖壓行業(yè)已經(jīng)將這兩種技術(shù)揉合成對比系統(tǒng)作為沖壓工藝的指導(dǎo)性技術(shù)，對比系統(tǒng)既可保證沖壓產(chǎn)品的符合度，又驗證了沖壓工藝準確性，在沖壓前、中、后期工作中都有著導(dǎo)向作用。本文將使用CAE 和3D 掃描技術(shù)的對比系統(tǒng)來探討沖壓件中的發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪問題與優(yōu)化。

外覆蓋沖壓件中發(fā)罩外板屬于較大的復(fù)雜造型零件，這類零件由于產(chǎn)品造型原因，風窗尖角區(qū)域A 面形狀復(fù)雜，目前的沖壓行業(yè)中，一般將發(fā)罩外板這類零件的成形工藝過程設(shè)計成拉延成形及后序的修邊、翻邊成形，以此達到產(chǎn)品成形需求。在CAE 分析過程中，風窗尖角復(fù)雜造型區(qū)域拉延成形不均勻狀態(tài)導(dǎo)致局部成形不充分，并且回彈趨勢明顯，在修邊后又出現(xiàn)開放性的回彈放大狀態(tài)，在翻邊后繼續(xù)出現(xiàn)聚集性的翹曲回彈狀態(tài)，意味著發(fā)罩外板風窗尖角如果出現(xiàn)嚴重的A 面質(zhì)量問題，不僅需要考慮CAE 分析中的成形性和回彈問題，還要考慮全工序的工藝變形影響。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

為了更好地分析發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪問題，將以某SUV 車型發(fā)罩外板作為研究對象，實例分析中，使用CAE 分析技術(shù)和3D 掃描技術(shù)組成的對比系統(tǒng)來分析發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪產(chǎn)生的原因及影響因素，并且針對CAE分析中發(fā)罩外板A 面數(shù)據(jù)和主要成形工序模具型面的3D 掃描數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的對比分析，確定最佳的優(yōu)化方案。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪問題文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

某SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪嚴重，如圖1 所示，單件尖角A 面缺陷嚴重，左右尖角狀態(tài)不一致，整車漆后A 面感知缺陷嚴重，左尖角A面波浪更為嚴重，屬于不可接受的整車外觀質(zhì)量缺陷，需要對發(fā)罩外板單件風窗尖角A 面質(zhì)量缺陷進行分析及有效控制。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

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圖1 SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪狀態(tài)文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

原因分析文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

既然本文的研究方向是使用CAE 分析技術(shù)和3D掃描技術(shù)組成的對比系統(tǒng)，分析發(fā)罩外板風窗尖角A面波浪產(chǎn)生的原因及影響因素，首先需要確定產(chǎn)品數(shù)據(jù)中發(fā)罩外板風窗尖角區(qū)域的造型數(shù)據(jù)是否影響風窗尖角區(qū)域A 面成形狀態(tài)。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

產(chǎn)品造型分析文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

在風窗尖角區(qū)域產(chǎn)品設(shè)計曲率分析中，如圖2 所示，風窗尖角區(qū)域A 面為多曲率拼接，未見曲率突變。文章源自好焊孫輝博客 http://www.surpass-tech.com.cn好焊孫輝-http://www.surpass-tech.com.cn/weldgyzb/autochongya202411292.html

圖2 SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角區(qū)域產(chǎn)品設(shè)計曲率分析結(jié)果

根據(jù)上述分析，風窗尖角區(qū)域A面并無曲率突變，在CAE 分析中不會出現(xiàn)風窗尖角區(qū)域A 面的曲率變化，只會出現(xiàn)由于風窗尖角區(qū)域A 面多曲率拼接而產(chǎn)生的A 面問題，因此需關(guān)注CAE 分析中風窗尖角區(qū)域A 面多曲率拼接區(qū)域的成形不均引起的回彈變化，下面通過CAE 分析中風窗尖角A 面回彈狀態(tài)進行印證。

CAE 分析

為了確認在CAE 分析中，由于風窗尖角區(qū)域A面多曲率拼接產(chǎn)生的A 面問題，確定風窗尖角區(qū)域A 面工序間回彈數(shù)據(jù)，并與工序間回彈變化方向作對比。

⑴CAE 回彈分析中，風窗尖角A 面區(qū)域成形不均引起的回彈嚴重，并且風窗尖角A 面回彈量在各工序變化較大，有正向與負向的回彈反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其中風窗尖角翻邊塌陷量最大達-3.033mm，如圖3 所示。

圖3 SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角區(qū)域CAE 回彈分析結(jié)果

⑵CAE 工序變化分析中，風窗尖角A 面在各工序變化較大，并且有反向的變化，整車X 向風窗尖角翻邊后負回彈塌陷變化嚴重，如圖4 所示。

??圖4 SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角區(qū)域CAE 分析中工序變化對比分析結(jié)果

CAE 工序變化分析中，零件進行整車方向剖切，X 向可以看到修邊后應(yīng)力釋放正回彈嚴重，翻邊后負回彈塌陷嚴重，此現(xiàn)象與前面CAE 分析中的回彈數(shù)據(jù)方向一致。

根據(jù)上面CAE 分析結(jié)果，翻邊工序的負回彈塌陷變形趨勢嚴重，在模具型面設(shè)計中需要對風窗尖角負回彈塌陷區(qū)域進行合理的回彈補償，因此需分析全序模具型面中風窗尖角區(qū)域型面回彈補償?shù)臓顟B(tài)，下面將通過全序模具型面分析風窗尖角區(qū)域型面狀態(tài)并對其進行印證。

全序模具型面分析

為了確認全序模具型面中風窗尖角區(qū)域型面回彈補償?shù)臓顟B(tài)，確定風窗尖角區(qū)域型面在各工序的補償狀態(tài)以及全序符型狀態(tài)。

⑴全工序模具型面加工數(shù)據(jù)分析中，通過模具加工數(shù)據(jù)與產(chǎn)品數(shù)模對比發(fā)現(xiàn)，主要特征棱線正向補償，全序符型于拉延凸型面，風窗尖角區(qū)域型面在各工序補償狀態(tài)一致，如圖5 所示。

圖5 SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角區(qū)域各工序模具型面加工數(shù)據(jù)對比結(jié)果

模具加工數(shù)據(jù)分析中，不僅對零件特征棱線區(qū)域進行凸型面向上正向補償，也將風窗尖角多曲率拼接區(qū)域的型面進行了正向補償，這個正向的補償在重新做面后，考慮到產(chǎn)品的邊角尺寸不能超差是需要造型過渡的。按照風窗尖角區(qū)域的模具型面設(shè)計尖角，以外10mm 就是工藝補充圓角切點，這就意味著造型過渡區(qū)域的大部分為向內(nèi)過渡，所以風窗尖角區(qū)域型面屬于過渡補償面，而且是內(nèi)部低、尖角高的狀態(tài)，具體范圍還要看模具實物的狀態(tài)再進行確認。

⑵模具各工序型面實物分析中，拉延模具風窗尖角區(qū)域70mm 范圍內(nèi)型面為內(nèi)部低、尖角高的反凹曲面狀態(tài)；修邊模具風窗尖角區(qū)域70mm 范圍內(nèi)型面為反凹曲面狀態(tài)，與拉延模具凸模型面一致；翻邊模具風窗尖角區(qū)域70mm 范圍內(nèi)型面為反凹曲面狀態(tài)，與拉延及修邊模具凸模型面一致，如圖6 所示。

圖6 SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角區(qū)域各工序模具型面現(xiàn)狀對比結(jié)果

在模具型面實物分析中，全工序模具型面風窗尖角區(qū)域型面為反凹曲面狀態(tài)，各個工序模具型面反凹曲面狀態(tài)一致，印證了全序模具型面實物型面狀態(tài)與各工序模具型面加工數(shù)據(jù)趨勢一致，各工序模具型面基準狀態(tài)一致。

根據(jù)上面模具型面分析，全工序模具型面風窗尖角區(qū)域型面塌陷趨勢嚴重，會影響各工序件成形后風窗尖角區(qū)域內(nèi)部A 面形狀的變化，因此需分析全工序中風窗尖角區(qū)域A 面變化，下面通過工序件分析中風窗尖角區(qū)域A 面狀態(tài)進行印證。

工序件分析

為了確認全工序件中風窗尖角區(qū)域A 面的狀態(tài)，確定風窗尖角區(qū)域型面在各工序的A 面塌陷狀態(tài)以及各工序的A 面變化狀態(tài)。

⑴各工序件風窗尖角區(qū)域A 面狀態(tài)分析中，拉延工序件風窗尖角區(qū)域60mm 范圍內(nèi)有凹向波浪，與拉延模具型面趨勢一致；修邊工序件風窗尖角區(qū)域60mm 范圍內(nèi)有凹向波浪，修邊件風窗尖角上翹，風窗尖角區(qū)域塌陷與拉延件趨勢一致；翻邊件風窗尖角區(qū)域30mm 范圍內(nèi)有凹向波浪，與拉延件及修邊件對比狀態(tài)不一致，如圖7 所示。

圖7 SUV 車型發(fā)罩外板風窗尖角區(qū)域各工序件A 面現(xiàn)狀對比結(jié)果

工序件分析中，各工序件風窗尖角區(qū)域都有凹向波浪，翻邊工序件風窗尖角區(qū)域凹向波浪不均勻，意味著翻邊工藝對風窗尖角區(qū)域凹向波浪有較大的影響，這成了風窗尖角區(qū)域A 面波浪的最大變化點。

根據(jù)上面分析，全工序件風窗尖角區(qū)域A 面都有凹向波浪狀態(tài)，翻邊工序件風窗尖角區(qū)域的凹向波浪范圍雖然縮小了，但是翻邊棱線凸起較高，導(dǎo)致翻邊工序件風窗尖角區(qū)域的塌陷狀態(tài)更為嚴重，這個狀態(tài)是異形輪廓角部翻邊工藝的必然結(jié)果，一般的優(yōu)化思路是在翻邊凸模型面飽滿的前提下，將翻邊間隙調(diào)整至一個料厚，可以有效控制翻邊后棱線凸起量，因此在調(diào)整翻邊間隙前需要確認翻邊凸模型面飽滿狀態(tài)，下面通過翻邊模具型面分析中風窗尖角區(qū)域型面狀態(tài)進行印證。

翻邊模具型面掃描分析

為了確認翻邊凸模型面飽滿狀態(tài)，對翻邊模具風窗尖角區(qū)域的凸模型面及壓料型面進行掃描，提取數(shù)據(jù)后制作片體數(shù)據(jù)，并在CATIA 軟件中與翻邊模具加工數(shù)據(jù)對比，確定風窗尖角區(qū)域型面實物狀態(tài)以及左右兩側(cè)風窗尖角區(qū)域型面的不一致狀態(tài)。

通過翻邊模具型面掃描數(shù)據(jù)進行3D 片體對比，如圖8 所示，翻邊模具型面掃描3D 片體數(shù)據(jù)與翻邊模具加工數(shù)據(jù)擬合，左側(cè)尖角偏低0.4mm，右側(cè)尖角偏低0.6mm，偏差范圍在整車X 方向約140mm，偏差范圍在整車Y 方向約90mm。

圖8 SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具型面掃描3D 片體數(shù)據(jù)與翻邊模具加工數(shù)據(jù)對比

翻邊模具型面掃描分析中，翻邊模具3D 片體數(shù)據(jù)與翻邊模具加工數(shù)據(jù)擬合后，左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面都有缺失量，棱線區(qū)域缺失量最大，A 面缺失范圍接近，但缺失量不一致，意味著翻邊模具左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面功能性不足，對風窗尖角區(qū)域翻邊成形后的凹向波浪有較大的影響。

翻邊間隙確認

為了確認翻邊狀態(tài)，對翻邊模具風窗尖角區(qū)域的翻邊凹模型面均勻性及間隙值進行確認，提取間隙值并進行一個料厚的間隙值調(diào)整。

對翻邊模具翻邊成形間隙進行一個料厚尺寸(0.7mm)的調(diào)整，如圖9 所示，調(diào)整后進行翻邊棱線凸起狀態(tài)確認。

圖9 SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具翻邊成形間隙調(diào)整后翻邊棱線凸起驗證結(jié)果

翻邊間隙確認后，對翻邊成形間隙進行一個料厚尺寸(0.7mm)的調(diào)整，風窗尖角翻邊棱線凸起緩解，風窗尖角A 面凹向波浪減輕，但A 面缺陷依舊存在，需要針對翻邊模具左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面缺失狀態(tài)進行正向補償，解決風窗尖角區(qū)域型面功能性不足導(dǎo)致的翻邊件風窗尖角A 面凹向波浪惡化問題，接下來依據(jù)翻邊模具左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面缺失數(shù)據(jù)，進行翻邊模具左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面的補償設(shè)計。

某SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具風窗尖角型面補償設(shè)計

依據(jù)翻邊模具型面掃描分析中，翻邊模具3D 片體數(shù)據(jù)與翻邊模具加工數(shù)據(jù)擬合對比結(jié)果，確定左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面補償量為0.5mm，同時，確定左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面補償范圍長約140mm，寬約90mm，如圖10 所示。

圖10 SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具型面補償設(shè)計方案

依據(jù)翻邊模具型面確定的左右側(cè)風窗尖角區(qū)域型面補償量為0.5mm，左右風窗尖角區(qū)域型面補償范圍長約140mm，寬約90mm，以此進行加工數(shù)模修改，并確認型面設(shè)計的光順度，如圖11 所示。

圖11 SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具型面補償加工數(shù)據(jù)修改結(jié)果

某SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具風窗尖角型面補償修改并驗證

依據(jù)翻邊模具型面補償加工數(shù)模，對翻邊模具型面進行修改，如圖12 所示。

圖12 SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具型面補償修改后型面狀態(tài)

翻邊模具型面補償研合后，生產(chǎn)驗證件后，確認發(fā)罩外板單件左右側(cè)風窗尖角區(qū)域A 面波浪均勻輕微，左右側(cè)狀態(tài)一致，如圖13 所示。

圖13 SUV 車型發(fā)罩外板翻邊模具型面補償研合后生產(chǎn)驗證件結(jié)果

效果驗證

整車評審中發(fā)罩外板風窗尖角漆后A 面無感知缺陷，如圖14 所示。

圖14 SUV 車型整車漆后發(fā)罩風窗尖角無感知缺陷

結(jié)束語

針對發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪問題，經(jīng)過前面的實例分析，可以看到，使用CAE 分析技術(shù)和3D掃描技術(shù)組成的對比系統(tǒng)進行產(chǎn)品成形性分析，對回彈特性分析和全工序模具型面對比分析，確認工序件回彈變化。通過量化對比的方法，翻邊間隙在一個料厚尺寸的前提下，準確的對翻邊工序模具型面進行工藝修改和A面補償，有效提升了翻邊模具型面功能性，合理控制了翻邊工藝對發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪的影響，發(fā)罩外板單件風窗尖角A 面波浪缺陷輕微，整車風窗尖角漆后外觀質(zhì)量無缺陷。通過發(fā)罩外板風窗尖角A 面波浪問題分析與優(yōu)化研究，這種優(yōu)化A面質(zhì)量的方式可拓展至其他車型的質(zhì)量提升工作中，為沖壓領(lǐng)域的沖壓件質(zhì)量提升開拓了思路、奠定了基礎(chǔ)。