纵梁设计优化及回弹补偿

文／王庆雨，单浩，时岩林·浙江吉润汽车有限公司宁波杭州湾分公司

后纵梁作为白车身中的关重件及难点件，一直以来都是开发人员最难以攻克的课题。因其结构造型复杂，其材料强度高(大部分为HC340/590DP 或HC420/780DP)，给开发过程中的工艺分析、模具结构、模具调试、母线精度恢复、项目交期等带来了极大的困难。随着公司项目的日益增多，攻克后纵梁这个难题已刻不容缓，本文将从纵梁工艺与结构设计优化的角度来论述控制回弹趋势，提升模具的稳定性；通过回弹补偿方案策划，将纵梁90%以上区域回弹控制在±0.5mm 之内，缩短了后期的调试周期，从而缩短了开发周期。

工艺与结构设计优化

分析软件设置要求

⑴计算类型选择回弹，推荐使用AF R7 版本，参数要求FV，网格单元EPS，层数11。

⑵回弹计算时设置要求。

1)修边工序的设置要与模具工序内容一致，必须采用压料修边；

2)最终回弹的参考体必须是产品，并且各工序的回弹参考体最好手工导入；

3)必须保证回弹结果收敛，再进行回弹补偿，补偿参考分析值和经验为最终大部分区域控制在±0.5mm 内；必须要保证补偿后的型面平顺，不要出现局部凸起。

OP05 落料工艺改善

采用级进落料(1 出2，分左右件)，避免了后续生产板料毛刺方向对成形的影响，也有效提高了材料利用率和生产效率。

OP10 拉延工艺制定

⑴方案一：全拉延+侧修边工艺方案，拉延到底，减薄率局部超标，且3 处起皱风险较大，无法消除，此方案未采纳。

⑵方案二：局部半拉延+翻边+侧整形工艺(图1)，经分析，此方案无开裂起皱现象，成形效果良好，采用此方案。

图1 局部半拉延+翻边+侧整形工艺

拉延工艺细节处理

针对翻边过程中存在轻微缺料问题，在拉延凸模上增加储料工艺，尽可能增加翻边区域型面线长，减少翻边过程要料，影响主型面。

针对圆弧翻边严重缺料问题，现有小水滴式储料工艺优化改善，在现有基础上尽量增加翻边线长，减少翻边过程缺料；储料工艺在满足CAE 分析的状态下，开模数据可适当加大，在后续调试过程中放量。

如图2 所示，OP10 整改前存在型面不光顺、碎面和局部面倒角不光顺、拉延局部面不平的问题，通过对型面细节做倒角光顺处理使曲面平缓。

图2 对型面细节做倒角光顺处理使曲面平缓

通过型面局部强压处理、局部考虑补充面造型和R 角局部空开来控制回弹和防止零件扭曲，具体操作如图3 所示。

图3 局部细节处理控制回弹和变形

拉延结构优化

⑴为消除制件型面落差处起皱，上模设置预压料芯，依据分析数据，压芯底部使用8.4t 压力保证制件稳定，同时两侧增设氮气缸保证压料芯受力平衡，保证整体强度。

⑵为避免调试机床与生产机床的闭锁功能差异，缩短匹配调试时间，增设压边圈回程延时机构，避免零件变形，同时避免了机床闭锁功能不足导致的停产风险。

⑶引入同心孔理念，各工序设计同心圆，可有效验证各序调试时材料走势，明确各序差异。

⑷压边圈防侧由传统的2个防侧导板增加到4个，且增加上下模本体防侧向导板，有效消除侧向力，使拉延过程更稳定。

回弹补偿方案

回弹补偿思路及方案

OP10 拉延。根据最终件结果值对OP10 拉延模整体补偿，保证拉延模90%型面回弹量控制到±0.5 mm，尽量减少翻边、侧整形量。

OP20 修边+冲孔。型面先不加工，待拉延回弹补偿稳定后再根据OP10 拉延件逆向加工。

OP30 翻边+侧修边。主型面沿用OP10 型面，只针对零件翻边侧壁区域进行补偿。

OP40 侧整形。主型面沿用OP10，侧壁采用60°斜楔侧整形，主要整两侧壁回弹量，将侧壁回弹整形到位。

OP50 冲孔+侧冲孔。采用产品型面，无回弹补偿。

⑴OP10 拉延回弹补偿方案(主型面区域回弹补偿)。

根据最终工序件(OP50)回弹值对拉延模做整体回弹补偿(补偿系数约为1.0)，90%主型面回弹量控制到±0.5mm。

⑵OP10 拉延反弧处理。

根据CAE 分析：拉延做反拉槛结构控制反弧及侧壁回弹；补偿处理后侧面回弹不超过0.5mm，测得反弧量小(0.2mm 左右)；考虑实际模具状态与理论分析的误差，无法确定反弧补偿量，考虑到拉延模具做火后加工，如补偿过度，后期整改量大。

综上，暂不做反弧补偿，反弧依据实际出件状态再确认整改量；如需要进行反弧补偿，补偿方案选择在回弹弧面的最高点做折线、不倒角的型面补偿。

OP30 翻边模回弹补偿方案(针对翻边侧壁回弹补偿)

该工序主要实现翻边工艺，根据回弹值只针对零件翻边侧壁区域进行补偿(补偿系数约为1.0)，以减小侧整形工序整改量。

OP40 侧整形回弹补偿方案

根据回弹分析结果，主要调整侧壁区域回弹(目前补偿系数约为1.0)，斜楔采用60°整形。通过控制整形工序模具间隙(0.2 ～1.6mm)，保证翻边面质量，同时有效控制翻边面的回弹。

回弹补偿断面长度分析

对回弹补偿断面长度分析，以验证回弹补偿的有效性。

⑴OP10 拉延线长确认，见图4。

图4 OP10 拉延线长确认

⑵OP30 拉延线长确认，见图5。

图5 OP30 拉延线长确认

⑶OP40 拉延线长确认，见图6。

图6 OP40 拉延线长确认

回弹补偿前后对比

⑴ OP10拉延补偿前后对比，见图7。

图7 OP10 拉延补偿前后对比

⑵ OP30拉延补偿前后对比，见图8。

图8 OP30 拉延补偿前后对比

从 OP10至OP30 分析可以看出：通过回弹补偿，主面回弹90%以上区域回弹量控制在±0.5mm 以内，同时回弹补偿后零件扭曲量较小。

⑶OP40 拉延补偿对比，见图9。

图9 OP40 拉延补偿前后对比

从OP40 拉延补偿前后对比可以看出：通过回弹补偿，顶面90%区域回弹基本控制在±0.5mm 之内，侧壁区域回弹量也基本控制在±0.5mm 以内，从截面图来看，回弹补偿后零件不扭曲。

⑷自由回弹和基准点回弹对比，见图10。

图10 自由回弹和基准点回弹对比

分析得出：基准点回弹与自由回弹差异小于0.1mm，回弹补偿时可以采用自由回弹状态进行补偿。

效果验证

通过工艺结构方案优化，回弹补偿策划，最终理论回弹量控制在-0.6mm ～+0.7mm 之间，整个零件95%区域回弹控制在±0.5mm 之内，且制件扭曲量较小，达到预期补偿效果。

首件检查

对调试参数、板料尺寸、拉延筋实物确认、拉延走料量、模具型面研合率和出样扫描数据与CAE 分析数据对比确认，确认过程受控与分析结果一致，下文列举右纵梁确认过程。

⑴调试参数对比确认，见图11。

图11 调试参数对比确认

⑵拉延筋设置对比，见图12。

图12 拉延筋设置对比

⑶走料量研合控制在5mm 以内，调试尺寸与理论尺寸一致。

⑷模具型面研合确认达成90%。

⑸拉延回弹数据对比。

调试参数符合设计要求，进出料状态与CAE 分析一致，拉延研合率达到90%，实际出样与CAE 分析，主要在图13 中局部A 区域存在差异，最大差值1.5mm，经过调整压边力和缩减料片等方案调试验证，A 区域回弹趋势和CAE 分析的回弹趋势是一致的，考虑到高强板和CAE 本身分析的差异，可以认为出件状态和CAE 分析的状态基本一致，分析正确。

图13 拉延回弹数据对比

调试过程

⑴根据首件验证结果，零件在检具自由状态下小头贴合检具，大头处反弹。以小头为基准，对大头处的回弹进行补偿，先按1:1 对拉延进行补偿，确认整改的方向正确与否，以及正确后的有效性。

⑵第一轮整改后，回弹明显改善，补偿趋势正确，可按当前数据继续补偿。

第一轮整改后存在图14 中描述的问题，对问题原因进行分析，得出整改措施。

图14 第一轮整改后存在的问题及整改措施

⑶第二轮整改后，零件整体状态较好，主型面区域的基准面均贴合，零件放置检具上状态稳定，局部区域存在超差问题，如图15 所示。

图15 第二轮整改后局部存在超差问题及整改措施

⑷经过第三轮的整改，零件整体型面合格率在90%以上，见图16。

图16 第三轮整改后整体型面合格率在90%以上

结束语

综上所述，通过前期策划，数据前期做到最优化，CAE 精细化分析指导，制造过程受控，做到了实物与理论分析状态一致，纵梁开发在FDJ后仅用5.5个月即达成了型面合格率在90%以上，有效提升了工作效率，缩短了困难件的开发周期，大幅降低了整改费用。