乘用车高强度整体侧围冲压工艺的优化调控方法与流程

本发明属于汽车覆盖件冲压技术领域，涉及一种汽车覆盖件冲压成形工艺的优化调控，具体涉及一种乘用车高强度整体侧围冲压工艺的优化调控方法。

背景技术：

乘用车整体侧围是车身覆盖件中制造难度最大的一个零件。这是因为，整体侧围通常为三维曲面形状，且体积庞大、结构复杂，易出现拉裂、起皱等成形缺陷。而且，整体侧围在几何结构上属于非对称的外覆盖件，且边缘面与多个环境件相邻，装配精度、表面质量要求极为苛刻。

此外，对整体侧围也有较高的结构强度和刚度要求，一方面在交通事故中，整体侧围应能够阻挡一定的冲击力从而保护乘客的安全，另一方面高强度材料应用于整体侧围能明显降低车身重量，提升其轻量化水平。目前国产自主品牌乘用车整体侧围强度级别仅能达到150-350mpa。随着整体侧围材料强度的提升，其局部具有复杂形状的区域破裂趋势大幅增加，从而增大了侧围的工艺过程设计和生产制造的难度。

为实现高强度整体侧围的冲压成形、抑制局部破裂缺陷的产生，亟需研发高强度整体侧围局部区域工艺协同优化新技术。

技术实现要素：

为了解决现有技术中高强度整体侧围在冲压成形中局部区域易发生破裂的情况，本发明提供一种乘用车高强度整体侧围冲压工艺的优化调控方法，它基于有限元仿真模拟结果，结合分瓣压边、分区润滑和局部调温技术，可以实现高强度整体侧围的冲压成形，抑制局部破裂缺陷的产生。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种乘用车高强度整体侧围冲压工艺的优化调控方法，包括以下步骤：

s1、将整体侧围按照其局部难成形结构的形状分为以下四类：局部复杂难成形结构、局部尖锐难成形结构、外围弧形翻边结构和内孔弧形翻边结构；

s2、针对局部复杂难成形结构

将局部复杂难成形结构的压料面分为三个压边区，即覆盖件直线轮廓区域、外凸形轮廓区域和内凹形轮廓区域，在外凸形轮廓区域压料面作用力随轮廓曲率呈逐级递增趋势，在内凹形轮廓区域压料面作用力随轮廓曲率呈递增趋势；对局部复杂难成形结构的凹凸模侧壁区域以及凹凸模圆角区域采取油雾润滑；

s3、针对局部尖锐难成形结构

确定坯料上位于局部尖锐难成形结构的外围区域为局部控温位置，对局部控温位置进行加热，并控制其加热温度不得超过设定温度；

s4、针对外围弧形翻边结构

根据外围弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计拉延筋并确定其布置形式，并据此设计第一储料室，第一储料室位于弧形翻边过渡圆角的中间位置，或者由中间位置向过渡圆角内侧偏移2～8mm；

s5、针对内孔弧形翻边结构

根据内孔弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计工艺孔，并据此设计第二储料室，工艺孔位于孔洞边界线的内部，工艺孔的半径是弧形翻边半径的1～4倍，工艺孔的圆心与弧形翻边的边缘之间的距离为弧形翻边半径的2～5倍，第二储料室位于弧形翻边的过渡圆角处。

按上述技术方案，步骤s2具体包括以下步骤：

s201、建立整体侧围拉延模具，在拉延模具型面上调整模面，对局部复杂难成形结构进行模糊处理，不同的压边区压边力不同，在覆盖件直线轮廓区域压边力为700～1000mpa，在外凸形轮廓区域压边力为1000-1500mpa，在内凹形轮廓区域压边力为900-1500mpa；

s202、建立与整体侧围结构相同的整形模面，对被拉延模具模糊处理过的局部复杂难成形结构进行复杂难成形结构的整形，对整体侧围板料对应于局部复杂难成形结构的凹凸模侧壁区域以及整形模面对应于局部复杂难成形结构的凹凸模圆角区域采用油雾润滑，控制油雾润滑区域表面的摩擦系数为0.10～0.15。

按上述技术方案，步骤s3具体包括以下步骤：

s301、通过有限元软件展开整体侧围工件，标记局部尖锐难成形结构所对应的坯料位置；

s302、根据尖锐结构的区域特征，在局部尖锐难成形结构所对应的坯料位置的基础上，确定坯料上位于局部尖锐难成形结构的外围区域为局部控温位置；

s303、对坯料的局部控温位置进行加热，并实时监控局部控温位置的加热温度。

按上述技术方案，步骤s303中，所述局部控温位置的加热温度为80～200℃，加热时间为3～10s。

按上述技术方案，步骤s303中，所述局部控温位置的加热方式为采用机械手臂将磁感应线圈或热源定位到相应的位置再进行通电加热的方式，或者通过对安装在下模里的电阻丝通电对模具加热进而由模具将热量传递给坯料的加热方式，或者采用红外线或电磁感应加热方式。

按上述技术方案，步骤s4具体包括以下步骤：

s401、根据外围弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计分段或变阻力拉延筋及其布置形式，弧形曲率半径小于10mm时设计变阻力拉延筋，拉延深度大于100mm时采用分段拉延筋，在外围弧形起皱或拉裂区域，分段拉延筋设置多排；

s402、根据拉延筋的布置情况设计第一储料室，所述第一储料室至少部分位于翻边区域内，且位于弧形翻边过渡圆角的中间位置或者由中间位置向过渡圆角内侧偏移2～8mm，所述第一储料室的截面形状为圆形、椭圆形或水滴形，所述第一储料室的顶面形状为平顶形、圆形或多段弧形，所述第一储料室根据拉延筋和外围弧形翻边结构的情况在凸起或凹陷方向上平行于所在形面的法线方向，所述第一储料室的数量为3-5个。

按上述技术方案，步骤s401中，所述拉延筋布置在距凹模进料口10-20mm的位置处，所述拉延筋的走向垂直于坯料的流动方向或与坯料的流动方向相平行，所述拉延筋为圆形拉延筋，其深度为2-6mm、圆角半径为2-5mm。

按上述技术方案，步骤s5具体包括以下步骤：

s501、根据内孔弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计工艺孔，所述工艺孔为圆形孔或椭圆形孔，其位于孔洞边界线的内部，根据弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计工艺孔与翻边线的相对位置，工艺孔的圆心与弧形翻边的边缘之间的距离为弧形翻边半径的2～5倍，工艺孔的半径是弧形翻边半径的1～4倍；

s502、结合工艺孔的设计情况设计第二储料室，所述第二储料室至少部分位于翻边区域内，且位于弧形翻边的过渡圆角处，所述第二储料室的截面形状为圆形、椭圆形或水滴形，其顶面形状为平顶形、圆形或多段弧形，所述第二储料室根据工艺孔和内孔弧形翻边结构的情况在凸起或凹陷方向上平行于所在形面的法线方向，所述第二储料室的数量为3-5个。

按上述技术方案，所述整体侧围的抗拉强度为300～500mpa。

本发明产生的有益效果是：本发明基于有限元仿真模拟结果，结合分瓣压边、分区润滑、局部调温等技术，并通过拉延筋或工艺孔与储料室的结合，可以实现高强度整体侧围的冲压成形，抑制局部破裂缺陷的产生。本发明适用于抗拉强度为300～500mpa的整体侧围冲压工艺，对于抗拉强度在300mpa以下的整体侧围冲压成形，也具有重要的指导意义。

具体的，通过分瓣压边力调控材料的流动量和流动方向，结合分区润滑技术调控局部难成形区域材料的流动阻力，进而达到材料能够顺利地进入有冲压负角的难成形结构处，从而实现对局部复杂难成形结构的优化调控；

通过局部调温技术对需要控温部位进行温度的控制，增加局部材料的流动性，改善其温控部位材料的塑性，从而实现对局部尖锐难成形结构的优化调控；

通过拉延筋调控材料进入凹模的流动阻力和流动方向，结合储料室对材料的存储技术，有效解决外围弧形翻边结构材料的流入不足问题，从而实现对外围弧形翻边结构的优化调控；

通过工艺孔调控内孔弧形翻边结构处材料的流入量，结合储料室对材料的存储技术，有效解决内孔弧形翻边结构材料的流入不足问题，从而实现对内孔弧形翻边结构的优化调控。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例中整体侧围的结构示意图；

图2为本发明实施例中局部复杂难成形结构的示意图；

图3为本发明实施例中局部复杂难成形结构分瓣压边和侧壁润滑的示意图；

图4为本发明实施例中局部尖锐难成形结构的示意图；

图5为本发明实施例中局部尖锐难成形结构辅助加热区域的示意图；

图6为本发明实施例中外围弧形翻边结构的示意图；

图7为本发明实施例中外围弧形翻边结构的拉延筋和第一储料室的工艺优化示意图；

图8为本发明实施例中拉延筋的截面形状示意图；

图9为本发明实施例中内孔弧形翻边结构的示意图；

图10为本发明实施例中内孔弧形翻边结构的工艺孔和第二储料室的工艺优化示意图。

图中：a-局部复杂难成形结构，b-局部尖锐难成形结构，c-内孔弧形翻边结构，d-外围弧形翻边结构，2-压边区，3-凹凸模侧壁区域，5-局部控温位置，6-外围弧形翻边结构弧形翻边，7-分段拉延筋，8-第一储料室，9-工艺孔，10-第二储料室。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种乘用车高强度整体侧围冲压工艺的优化调控方法，包括以下步骤：

s1、如图1所示，将整体侧围按照其局部难成形结构的形状分为以下四类：局部复杂难成形结构a、局部尖锐难成形结构b、内孔弧形翻边结构c和外围弧形翻边结构d，局部复杂难成形结构为具有冲压负角、三个以上细节特征的过渡型面交汇结构，局部尖锐难成形结构具有局部尖锐特征，外围弧形翻边结构具有外围弧形翻边特征，内孔弧形翻边结构具有内孔弧形翻边特征；

s2、针对局部复杂难成形结构

如图2、图3所示，将局部复杂难成形结构的压料面分为三个压边区2，即覆盖件直线轮廓区域、外凸形轮廓区域和内凹形轮廓区域(分别对应图3中的左边、中间和右边)，在外凸形轮廓区域压料面作用力随轮廓曲率呈逐级递增趋势，在内凹形轮廓区域压料面作用力随轮廓曲率呈递增趋势；对局部复杂难成形结构的凹凸模侧壁区域3以及凹凸模圆角区域采取油雾润滑；

s3、针对局部尖锐难成形结构

如图4、图5所示，确定坯料上位于局部尖锐难成形结构b的外围区域为局部控温位置5，对局部控温位置进行加热，并控制其加热温度不得超过设定温度；

s4、针对外围弧形翻边结构

如图6-图8所示，根据外围弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计拉延筋(可为分段拉延筋7)并确定其布置形式，并据此设计第一储料室8，第一储料室8位于弧形翻边过渡圆角的中间位置，或者由中间位置向过渡圆角内侧偏移2～8mm；

s5、针对内孔弧形翻边结构

如图9、图10所示，根据内孔弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计工艺孔9，并据此设计第二储料室10，工艺孔位于孔洞边界线的内部(工艺孔是指在坯料上添加的孔洞，工艺孔在修边冲孔工序的冲孔线内部，即修边冲孔工序将工艺孔所在的区域给予切除)，工艺孔的半径是弧形翻边半径的1～4倍，工艺孔的圆心与弧形翻边的边缘之间的距离为弧形翻边半径的2～5倍，第二储料室位于弧形翻边的过渡圆角处。

在本发明的优选实施例中，步骤s2具体包括以下步骤：

s201、建立整体侧围拉延模具，在拉延模具型面上调整模面(将尖锐结构进行平缓过渡调整)，对局部复杂难成形结构进行模糊处理(即平缓过渡)，不同的压边区压边力不同，在覆盖件直线轮廓区域压边力为700～1000mpa，在外凸形轮廓区域压边力为1000-1500mpa，在内凹形轮廓区域压边力为900-1500mpa；

s202、建立与整体侧围结构相同的整形模面，对被拉延模具模糊处理过的局部复杂难成形结构进行复杂难成形结构的整形(即将平缓过渡结构整形出复杂难成形结构)，对整体侧围板料对应于局部复杂难成形结构的凹凸模侧壁区域以及整形模面对应于局部复杂难成形结构的凹凸模圆角区域采用油雾润滑，控制油雾润滑区域表面的摩擦系数为0.10～0.15。

在本发明的优选实施例中，步骤s3具体包括以下步骤：

s301、通过有限元软件展开整体侧围工件，标记局部尖锐难成形结构所对应的坯料位置；

s302、根据尖锐结构的区域特征，在局部尖锐难成形结构所对应的坯料位置的基础上，确定坯料上位于局部尖锐难成形结构的外围区域为局部控温位置；

s303、对坯料的局部控温位置进行加热，并实时监控局部控温位置的加热温度。

在本发明的优选实施例中，步骤s303中，所述局部控温位置的加热温度为80～200℃，加热时间为3～10s。

在本发明的优选实施例中，步骤s303中，所述局部控温位置的加热方式为采用机械手臂将磁感应线圈或热源定位到相应的位置再进行通电加热的方式，或者通过对安装在下模里的电阻丝通电对模具加热进而由模具将热量传递给坯料的加热方式，或者采用红外线或电磁感应加热的方式。

在本发明的优选实施例中，步骤s4具体包括以下步骤：

s401、根据外围弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计分段或变阻力拉延筋及其布置形式，曲率大的位置(如弧形曲率半径小于10mm)设计为变阻力拉延筋，具体为时设计为变阻力拉延筋，拉延深度大的位置(如拉延深度大于100mm)设计为分段拉延筋(浅拉延件不做限制，因为浅拉延件容易成形，多种拉延筋的形式都可以成形)，在外围弧形起皱或拉裂区域，分段拉延筋设置多排；分段拉延筋为不连续的等值阻力的拉延筋，变阻力拉延筋为连续的不等值阻力拉延筋；

s402、根据拉延筋的布置情况设计第一储料室，所述第一储料室至少部分位于翻边区域内，且位于弧形翻边过渡圆角的中间位置或者由中间位置向过渡圆角内侧偏移2～8mm，所述第一储料室的截面形状为圆形、椭圆形或水滴形，所述第一储料室的顶面形状为平顶形、圆形或多段弧形，所述第一储料室根据拉延筋和外围弧形翻边结构的情况在凸起或凹陷方向上平行于所在形面的法线方向，所述第一储料室的数量为3-5个。

在本发明的优选实施例中，步骤s401中，所述拉延筋(适用于分段拉延筋和变阻力拉延筋)布置在距凹模进料口10-20mm的位置处，所述拉延筋的走向垂直于坯料的流动方向或与坯料的流动方向相平行，所述拉延筋为圆形拉延筋，其深度为2-6mm、圆角半径为2-5mm。

在本发明的优选实施例中，步骤s5具体包括以下步骤：

s501、根据内孔弧形翻边结构弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计工艺孔，所述工艺孔为圆形孔或椭圆形孔，其位于孔洞边界线的内部，根据弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计工艺孔与翻边线的相对位置，工艺孔的圆心与弧形翻边的边缘之间的距离为弧形翻边半径的2～5倍，工艺孔的半径是弧形翻边半径的1～4倍；

s502、结合工艺孔的设计情况设计第二储料室，所述第二储料室至少部分位于翻边区域内，且位于弧形翻边的过渡圆角处，所述第二储料室的截面形状为圆形、椭圆形或水滴形，其顶面形状为平顶形、圆形或多段弧形，所述第二储料室根据工艺孔和内孔弧形翻边结构的情况在凸起或凹陷方向上平行于所在形面的法线方向，所述第二储料室的数量为3-5个。

在本发明的优选实施例中，所述整体侧围的抗拉强度为300～500mpa。

实施例

本实施例中的整体侧围来自于实车数模，所用的材料抗拉强度级别为500mpa。对于抗拉强度在300mpa以下的整体侧围具有更好的成形性能，其局部易破裂的区域也可以根据其结构类型采用本专利所提出的相应的解决办法。

本发明先分析整体侧围的结构和成形特点，将局部难成形结构分为四类：(1)局部复杂难成形的结构；(2)局部尖锐难成形的结构；(3)外围弧形翻边的结构；(4)内孔弧形翻边的结构。然后针对不同的局部难成形结构类型，设计出不同的调控方法。

1、针对局部复杂难成形的结构：对于局部复杂难成形的结构，本发明采用分区润滑结合分瓣压边技术的优化调控方案，具体包括以下步骤：

步骤1：利用有限元建模软件，建立整体侧围拉延模面，在拉延模具形面上调整模面(对局部的复杂结构进行模糊处理)，压边力在压料面各个区域分瓣压边，在拉延模具形面上将局部复杂结构区域的压料面进行分瓣，在覆盖件直线轮廓部分，压料面的毛坯上选用700～1000mpa压边力；在外凸形轮廓，压料面作用力随轮廓曲率呈逐级递增趋势，力学参数控制在1000-1500mpa。在内凹形轮廓，压料面作用力随轮廓曲率呈递增趋势，力学参数控制在900-1500mpa；

步骤2：建立与工件结构相同的整形模面，对被拉延成形后的复杂结构进行复杂难成形结构的整形，针对整体侧围局部复杂的形面，采用分区润滑的方法，在整体侧围板料的凹凸模侧壁区域以及整形模面的凹凸模圆角区域以油雾润滑的方式，控制局部表面的摩擦系数在0.10～0.15之间。

2、针对局部尖锐难成形的结构，本发明采用局部控温优化技术的成形工艺进行优化调控，具体包括以下步骤：

步骤1：通过有限元软件展开工件，标记局部尖锐难成形结构所对应的坯料位置；

步骤2：根据尖锐结构的区域特征，在局部尖锐难成形结构所对应的坯料位置基础上，确定对坯料进行局部控温的位置及范围；

步骤3：对坯料的相应位置进行局部控温，测温仪实时监控被控温区域的温度，一般地，局部控温的区域集中在整体侧围局部尖锐部位的外围，在温度实时监测下，较佳的局部控温的铝合金力学性能利于局部尖锐型面成形，一般局部加热温度控制在80-200℃,保温3-10s，本例中加热温度为120℃，保温5s。

局部控温技术主要的操作方式是机械手臂将磁感应线圈或热源定位到相应的位置，进行通电加热；也可以是通过对安装在下模里的电阻丝通电对模具加热，模具再将热量传递给坯料；还可以是以红外线、电磁感应加热等加热方式。坯料加热完成后，模具在伺服压力机的推动下进行合模。

3、针对外围弧形翻边的结构，本发明采用分段拉延筋或变阻力拉延筋和第一储料室相结合的成形工艺进行优化调控，具体包括以下步骤：

步骤1：根据弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计分段或变阻力拉延筋及其布置形式；对于深拉延件，在拉延过程中，采用分段拉延筋，距凹模进料口10-20mm位置设置拉延筋，拉延筋的走向垂直与坯料的流动方向，或与坯料的流动方向相平行，一般为圆形拉延筋，筋的深度2-6mm，筋圆角半径2-5mm；在外围弧形起皱或拉裂区域，分段拉延筋一般设计为多排拉延筋；本例采用多排圆形拉延筋，如图7所示，拉延筋高度为5mm，筋的圆角半径为3mm,筋的宽度为5mm,入料和出料侧为对称形状，拉延筋的截面形状如图8所示；

步骤2：结合拉延筋的布置情况，设计第一储料室的位置和尺寸形状，第一储料室的位置一般在工艺补充面上，第一储料室可以部分在翻边区域内，也可以全部都在翻边区域内，第一储料室的截面形状一般是圆形、椭圆形、水滴形；第一储料室的顶面形状一般是平顶、圆形、多段弧形几何形状；第一储料室根据拉延筋的设计和翻边处的结构，在凸起或凹陷方向上平行于所在形面的法线方向。

第一储料室数目上，在坯料的弧形翻边区域处冲压出3-5个水滴形凸起或凹陷储料室，本例设计了3个水滴状的第一储料室，第一储料室位置皆在翻边的过渡圆角处。根据弧形轮廓线的弧长、曲率半径，设置水滴形凹陷的数量。第一储料室在工艺补充面的区域上，集中在翻边过渡圆角的中间位置，或者向圆角内侧偏移2-8mm。

4、针对内孔弧形翻边的结构，本发明采用工艺孔和储料室相结合的成形工艺进行优化调控，具体包括以下步骤：

步骤1：根据弧形翻边处的曲率大小和拉延深度设计工艺孔的几何形状和位置，工艺孔一般为圆形、椭圆形，不宜采用尖角形；工艺孔的位置应在孔洞边界线的内部，根据弧形翻边处的曲率大小和拉延深度，设计工艺孔与翻边线的相对位置，注意工艺孔不可过于靠近边界线，工艺孔在尺寸上，一般其半径r是翻边弧形轮廓线半径r的1-4倍；在区域位置上，工艺孔设计的圆心一般距弧形翻边2-5r，本例中，工艺孔距翻边界限的边缘为弧形翻边处半径的2.5倍,工艺孔半径为弧形翻边处半径的1.1倍；

步骤2：结合工艺孔的设计情况，设计第二储料室的位置和尺寸形状，第二储料室的位置一般在工艺补充面上，第二储料室可以部分在翻边区域内，也可以全部都在翻边区域内，第二储料室的截面形状一般是圆形、椭圆形、水滴形；储料室的顶面形状一般是平顶、圆形、多段弧形几何形状；第二储料室根据拉延筋的设计和翻边处的结构，在凸起或凹陷方向上平行于所在形面的法线方向。

第二储料室数目上，在坯料的弧形翻边区域处冲压出3-5个水滴形凹陷储料室，本实例设计了3个水滴状的第一储料室，第一储料室的位置皆在翻边的过渡圆角处，根据弧形轮廓线的弧长、曲率半径，设置水滴形凹陷的数量。第二储料室在工艺补充面的区域上，集中在翻边过渡圆角的中间位置，或者向圆角内侧偏移2-8mm。

本专利所提的方法适用于抗拉强度为300～500mpa的整体侧围冲压工艺设计，对于抗拉强度在300mpa以下的整体侧围冲压成形，也具有重要的指导意义。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。