汽车压合件外板展开尺寸的近似计算

吴国辉，崔志军，马殿一，尹 成，吴建飞

（一汽-大众汽车有限公司，吉林长春130011）

1 引言

在汽车白车身生产中，合格的冲压件质量是总成质量的保证，发动机罩、行李箱盖和车门等压合件更是如此。在规划冲压外板单件的生产工艺时，要根据压合总成的制件数模，设计出压合前的外板展开数模，在这个过程中，涉及到翻边角度和压合损失的设定以及展开翻边长度的计算等内容。本文所讨论的是根据压合后制件尺寸计算外板展开尺寸的方法。

2 中性层及其位置计算方法

在压合过程中，外板的立面（通常称为翻边）有一个弯曲和翻转的过程，其外层受拉伸，内层受挤压，在其断面上有一个既未拉伸，又不挤压的层，即该层在压合前后长度变化等于零，这个层称为材料的中性层（更严格意义上叫“应变中性层”[1]）。这个中性层是计算外板展开翻边尺寸的基准（见图1）。

图1 中性层

在生产中通常用经验公式确定中性层位置，即中性层半径按如下公式计算[2]：

式中ρε——中性层半径

r——弯曲内圆角半径

X——中性层位移系数，与r/t的值有关，可通过相关资料查得

t——材料厚度

3 压合件外板的展开尺寸计算

在汽车压合件工艺规划时，要根据压合后的制件数据，设计出压合前的外板展开数模。其中的一项工作是由压合后的翻边尺寸，以及相关工艺参数的设定，计算出压合前的翻边尺寸。按翻边角度大小分为两种情形讨论：

（1）翻边角度α≥90°时的计算方法。

汽车压合件生产中最常见的压合结构形式如图2所示。

根据弯曲前后中性层长度不变，可得：

式中L1·压合后——外板压合后中性层上的圆弧长度

α——翻边角度，根据制件状态及压合工艺、冲压工艺确定，在这里α≥90°

Fv——压合损失，根据行业标准对压合损失Fv的定义[3]，当翻边角度 α≥90°时的压合损失Fv如图2所示，其值在设计时根据制件状态及压合经验设定

L2·压合前——外板型压合前中性层上的圆弧长度

L3·压合前——外板压合前（翻边部分）中性层上的直线段长度

将（3）～（6）代入（2），可以计算出L3·压合前。

不同的设计人员对翻边长度定义可能会有不同。一般制作展开数模时会用到图2中的L外的长度，如果将此尺寸定义为翻边长度，则翻边长度可按下式计算：

在对零件进行测量时，也可以从外板弯曲部分的内侧测量，取图2中L内的近似值：

图2 汽车压合件结构形式（翻边角度＞90°）

（2）翻边角度α＜90°时的计算方法。

图3所示是当翻边角度α＜90°时常见压合形式示意图。根据行业标准对压合损失Fv的定义[3]，当翻边角度α＜90°时，Fv如图3所示。这种情况下：

图3 汽车压合件结构形式（翻边角度＜90°）

其它计算方法与α≥90°时相同。

4 计算举例

某车型的车门压合件，内板厚度=0.7mm，外板厚度t=0.65mm，涂胶厚度0.1mm，某两个压合截面的翻边角度分别是α=110°和α=60°，压合损失Fv=0.3mm，压合重叠长度=5mm，计算此压合截面位置的展开翻边长度。

计算过程如下：

（1）α=110°时。

r内=（涂胶厚度×2+内板厚度）/2=（0.1×2+0.7）/2=0.45mm；r外=r内+t=0.45+0.65=1.1mm。

r内/t=0.45/0.65=0.69mm，查询中性层位移系数X≈0.28mm，根据中性层长度不变：

5 应用

在根据压合后的制件数模制作外板展开模型时，需要知道压合边上每个位置的展开翻边长度。由于每个位置的翻边角度、压合损失设定值以及压合后重叠长度各不相同，因此一般采取的方法是建立特征截面，在这些特征截面的位置，根据展开角度、压合损失及压合重叠长度计算展开翻边长度，然后对各个截面之间的翻边轮廓进行拟合处理。即便如此，计算量也比较大。

可以根据上述公式建立计算模型，输入各条件值后自动计算出展开翻边长度，提高计算效率。也可以对制作展开模型的软件进行二次开发，根据压合后的制件模型数据（如，内外板厚度、涂胶厚度、压合重叠长度）及压合损失设定值、展开角度等自动生成展开翻边的轮廓线，可以很大程度上提高制作外板展开模型的效率。

6 总结

本文基于汽车压合件中最常见的压合形式，在展开角度分别大于等于90°和小于90°情形下，根据中性层理论及中性层半径经验公式，并结合行业标准中对压合损失的定义，讨论了压合件外板展开翻边长度的计算方法。近似认为外板的弯曲半径在压合前后保持不变，在式（7）和式（10）中为计算方便采用了近似算法（汽车压合件翻边尺寸数量级下此处误差很小，约为0.01mm）。一般在冲压件设计中翻边尺寸的公差是±0.5mm，采用上述方法计算出的展开翻边尺寸能满足设计及生产要求。