本文主要针对2种不同类型的翼子板前保险杠处搭接结构进行冲压工艺分析，找出合适的成形工艺方法及最佳的零件结构设计，借助于CAE仿真分析软件在前期零件设计阶段就杜绝翻边起皱及开裂缺陷的产生，提升零件成形质量，减少模具开发时间，为后续零件设计及工艺设计提供指导。设计部门可以根据零件功能的不同需求，选择合适的结构进行零件设计，模具开发部门根据零件结构选择合适的冲压成形工艺进行模具开发制造。
翼子板是汽车车身中最复杂、最关键的零件之一，零件质量直接影响装车及整车开发进度。如果在前期工程阶段，零件结构设计不良会导致后期产品结构更改，模具调试周期长，严重影响整车开发周期。
因此在前期产品设计阶段需要对翼子板的翻边结构进行分析，同步工程分析时需要进行精确的CAE模拟，以选择合适的翻边结构及规划合理的翻边工艺，避免后期的零件成形产生质量缺陷。
图1某车型翼子板
（a）开裂
（b）起皱
（c）圆角不顺
图2翼子板前保险杠处翻边常见缺陷
图1所示是某轿车翼子板，图2所示列举了后期模具开发过程中经常遇到前保险杠处的圆角开裂、翻边起皱、A面凹凸及圆角不顺等质量缺陷。
一常见的翼子板前保险杠处结构
根据不同车型的属性要求，翼子板与前保险杠的匹配安装结构存在一定差异，一部分车型前保险杠Y向安装点在翼子板上，另一部分车型前保险杠Y向安装点在支架上，支架与翼子板焊接在一起。按照这种分类方法，翼子板前保险杠处的结构可以分为2类：一类为带有法兰面的整形结构；另一类为不带法兰面的翻边结构（见图3）。
（a）整形结构
（b）翻边结构
图3翼子板前保险杠处2种不同搭接结构
通常情况下，带法兰面的整形结构主要用于整形深度小于30mm且形状相对简单的情况；不带法兰面的翻边结构主要应用在翻边深度超过30mm，翻边容易起皱的情况。
二常见结构工艺分析
1带法兰面整形结构工艺分析
图4带法兰面某车型翼子板前保险杠处结构
图4所示为某车型翼子板前保险杠处结构，整形深度约33mm，法兰面宽度约66mm，钣金材料为DC54D+Z。分为5道工序成形，初步设定此位置处工序内容为：①拉深；②修边；③整形；④冲孔；⑤侧冲孔。
翼子板前保险杠处型面在工序①过拉深出部分圆角，主要型面在工序③一次整形到位，通过CAE仿真软件AutoForm建立有限元模型对全部工序进行成形模拟分析。
01
板料为DC54D+Z，其屈服函数如下：
板料厚度为0.7mm，材料参数为n=0.22，r=1.54，k=.2，αs=MPa，αb=.6MPa。
02
板料采用等向指数强化模型，应力应变关系数学表达式为：
α=K?ε^n
式中：α——应力；K——硬化系数；ε——应变；n——硬化指数。
03
有限元分析模型建立。利用AutoForm软件自动进行工具体网格单元划分，并建立拉深工序及整形工序有限元模型，如图所示5，模型中凸模、凹模、压边圈、压料芯、整形刀块设为刚性材料，分析中采用弹塑性壳单元理论，网格进行自适应4级划分。
图5拉深及整形有限元分析模型
为减少计算时间，拉深筋简化为等效模型（虚拟筋）。拉深行程为mm，压边力为kN，板料与模具各零件间的摩擦因数取为0.15，成形速度V=1m/s。
（a）距到底3mm
（b）距到底1mm
图6整形分析法兰面起皱结果
由于整形量大，零件形状复杂，整形CAE分析起皱严重，如图6所示，工程师反馈已无法再降低整形深度，只能通过工艺解决。经反复尝试，整形时在上模增加压料板，外侧压住板料后再整形的效果较为理想，起皱问题得到明显改善。
图7带法兰面压料整形方案工艺简图
（a）距到底3mm
（b）距到底1mm
图8带法兰面压料整形分析结果
图9实际模具成形的零件
图7所示为压料整形方案；图8所示为压料整形分析结果；图9所示为按照压料整形的工艺加工的模具成形的零件，无起皱现象，满足零件质量要求，此压料整形方案可行，可以应用于后续类似结构的翼子板上。
2不带法兰面的翻边结构工艺分析
图10不带法兰面某车型翼子板前保险杠处翻边结构
图10所示为某车型翼子板前保险杠处结构，整形深度约47mm，板料为DC54D+Z。由于此翻边太深，若直接翻边成形会严重起皱，初步设定直接采用外侧先压料后整形的工艺，CAE模拟分析仍然起皱严重（见图11），说明压料整形方案针对深度太深的结构不适用，需要考虑其他方案。
图11不带法兰面压料整形分析结果
图12托料翻边结构
结合以往车型钣金件开发经验及此翼子板翻边结构的特殊性，此处可以考虑增加下部浮动托料板（通过氮气缸来实现）进行压料翻边，其结构如图12所示。
图13托料翻边模具成形的零件
经过CAE模拟分析验证，此方案整体可行，仅在A面（图11中椭圆处）过渡剧烈位置侧壁仍存在轻微起皱，图13所示为实际模具托料翻边成形的零件，侧壁仅存在轻微起皱，验证此方案可行，可以应用于后续类似结构的翼子板上。
三常见结构设计优化零件结构
表1带法兰面整形结构设计参考断面
设计的好坏直接影响成形工艺，通常情况下，带法兰面的整形结构主要用于整形深度小于25mm且形状相对简单的情况，建议结构断面参考表1进行设计，且表中L2及L3要加工成相等深度，不然整形过程中会出现起皱。针对汽车外表面起伏较大的特殊情况，零件还需要考虑增加工艺缺口。
图14增加工艺缺口
由于零件结构等特殊原因，翼子板前保险杠处深度需大于30mm，建议搭接结构做成翻边加支架的形式，有利于改善翻边成形性，同时翻边深度尽可能等深（基于冲压方向），防止翻边整形过程中出现起皱及开裂等缺陷。针对椭圆处起伏较大的特殊情况，翻边成形容易起皱及开裂，零件还需要考虑增加合适的工艺缺口，如图14所示。
▍原文作者：司马忠效，谭文娟，王健
▍作者单位：浙江吉利汽车集团制造工程（ME）中心
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