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[摘 要]在本文中，重点对汽车后门内板转角在冲压成形过程中所出现的起皱的原因进行了深入的分析，通过有限元软件，对某车型后门内板的冲压成形模型进行了建立，并以此为例度其的工艺性展开了简单的分析，并对其起皱的问题提出了3个方面的优化方案，经过有限元分析，其优化后的产品为出现起皱问题，证实了优化方法的可行性，实际冲压所得的产品质量，满足了生产要求。
[关键词]后门内板；冲压成形；起皱；拉延筋；工艺补充
中图分类号：U463.834 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0078-02
引言
不等厚（拼焊板）、形状复杂、尺寸大等是车门内板的主要特点，其是属于大型车身覆盖件，其对冲压工艺水平的要求也比较高，但是，在实际的冲压过程中，进行会出现汽车车门内板起皱及开裂的现象，该现象严重的影响汽车品牌工艺水平对汽车品牌工艺水平的认可。然而，在当前我国市场上已有车型中，仍然存在着不同程度的车门内板起皱缺陷，因此，在本文中，笔者通过以某车型后门内板作为研究对象，对车门内板转角起皱原因通过CAE分析软件建立有限元分析模型，依据分析结果，对所出现的转角起皱原因进行全面的分析，并提出相应的优化解决处理方法，最后采用优化后的参数进行试验验证。
1、工艺分析及有限元模型建立
1.1 后门内板工艺性分析
如图1所示，其为某汽车后门内板的三维零件结构图。从图中我们可以看出，改产品外观整体结构特征起伏较大，轮廓形状复杂，A、B两处成形深度深，从而导致改部位的拔模角度较小，此外，改零件的截面高度方向急剧变化，毛坯大部分时间在冲压过程中是处于悬空状态的，极易造成此处出现起皱以及開裂的风险。C处极易出现拼焊线撕裂的情况发生，其主要的原因是此处的拼焊线极为靠近圆角处，应力与板料厚度发生了急剧变化。中间区域D处，属于胀形变形，其由于此处结构复杂，并且也无法在相邻区域得到材料补充，极易发生开裂。从生产成本及效率考虑，由于该零件不具备自对称性，采用左右后门内板共模生产，其工序为整形及翻孔、落料、冲孔侧冲孔、拉延、修边及冲孔以及分离。
1.2 有限元模型建立
DX54D+ZF拼焊板材料为办研究中标零件所采用的材料，其厚度为0.7/1.4mm，详细的该材料的力学性能见表1。依据前期CAE软件与经验分析，从而确定该毛坯尺寸为2100mm×[410/1.4，935/0.7]mm。
产品后续工序的安排以及成形性会受到产品冲压方向的合理确定的影响。为了遵循后续修边冲孔的可行性以及最小拉延深度原则，并对共模生产方案展开充分的考虑，从而对该后门内板的冲压方向进行了确定，其为车身+Y向，如图2所示。
针对于工艺补充来讲，其是在零件的基础上添加的那部分材料，其主要是为了可以顺利拉延成形出合格的制件，在拉延成形后，还是需要将工艺补充部分切除掉的。拉延成形的各项工艺参数、零件成形质量、毛坯料的尺寸等一系类指标，都会直接受到工艺补充设计的合理性的影响。针对于压料面来讲，，其是汽车覆盖件的拉延成形过程中，最为重要的一个工艺补充组成部分，起着重要作用。单曲率曲面是后门内板压料面的主要形式，为了可以有效的避免出现急剧变化，在对压料面进行制作时，尽可能的要保证其的形状接近产品形状。此外，将内板局部的法兰面作为压料面，可以有效的降低零件的拉延深度。如图3所示，其为后门内板建立的工艺补充模型。
通过借助AutoForm分析软件，有限元分析选用了自适应网格方法、Hill材料模型以及EPS-5壳单元进行模拟分析，压边力为1000kN、摩擦系数为0.15，并采用了虚拟拉延筋，单动拉延为本研究的拉延方式。如图4所示，其为创建好的有限元分析模型。
2、后门内板拉延模拟结果分析
在实际的实践中，通过多次的对拉延筋的作用力与坯料形状进行了调节，通过深入的分析与总结，从而得出最优的分析结果，详细情况见图5所示。从图中我们可以看出，在拉延结束后，后门内板转角处的减薄量是处在安全范围之内的，并且，产品的开裂风险基本不存在。要想实现起皱风险得以有效控制，必须要保障内板的起皱指在0.03以内，这是依据起皱判定准则得不的数据。如图6所示，我们从图中可以看出，门内板两个转角的起皱指数，均保持在0.03以内，（除工艺补充区域外），由此，从理论上讲，起皱风险是处于可控制状态的，然而，因为Auto-Form软件算法的原因，起皱现象在拉延完成后，会被部分抹平而忽略掉，但是，被抹平忽略掉的部分起皱想象，在实际的生产过程中却保留了下来，并且延续到最后，从而造成产品完成之后，起皱或者波纹现象在产品上存留，并且肉眼可见。所以，对板料成形过程必须要进行分析。如图7所示，其为拉延距离到底前5mm时的板料状态，从图中我们可以看出，严重的波浪起皱现象出现在两个转角处，由此可以得知，在实际生产中，该起皱并没有被压平，因此，必须对产品结构与工艺在同步工艺设计阶段，对其进行优化处理。薄板料区域与厚板料区域相比较而言，其起皱的趋势相对较弱，由此可以说明，抗起皱能力较强的是厚板料。
3、转角起皱原因分析及对策
3.1 拉延筋的优化
要想实现有针对性的提出相应的可行性合理预防对策与建议，并制定出解决和控制转角处起皱缺陷的佳工艺处理方法，就必须要先从查找造成起皱的根本原因所在，如图8所示，其是一个后门内板转角截面，通过分析图我们可以看出，后门内板转角截面深度急剧变化，呈现出类似带法兰的圆筒件拉深情况的形式，由此可以对其产生起皱缺陷的原因进行初步的断定，其是属于压应力起皱类型。
初步的断定只是一个大体的推测，为了可以更加准确的判定起皱类型，我们必须要进一步的对转角的应力分布进行探析。如图9所示，其为拉延到底前30mm的主应力方向，在本图像中，通过在其的垂直方向（X向）与沿着皱纹方向（Y向）进行取点分析，各对其取10个点。如图9所示，其为正应力值分布图，读图我们可以得出，两个方向的应力正在对板料进行施压，其中，应压力（负值）是垂直于皱纹方向的应力，从图中我们看出，其是垂直于皱纹方向。 通过对转角两侧的拉延筋阻力进行相应的调整，以此来对皱纹垂直方向的压应力进行有效的控制。但是，转角成形深度大，其侧壁拔模角由于受到车身结构及功能的限制，其角度比较小，如果将转角两侧的拉延筋阻力进行任意的增大，极易导致其发生开裂情况发生。因此，在拉延筋设计中，我们可以通过增加皱纹垂直方向的阻力、外圈拉延筋采用八字形式、设置双筋、降低压应力值、控制材料的流动，在平面内，以此来促使板料受力较均匀，从而实现对起皱趋势进行有效的抑制。如图10所示，其为运用了八字筋前后转角两侧的拉延状态，从图中我们可以看出，材料的流动，因为运用了八字筋的处理方法，得到了有效的控制，并且，明显的改善了转角起皱趋势。
3.2 工艺补充的优化
如图11所示，其为成形工具与拉延距离到底前30mm板料的截面。通过对其进行分析，我们可以看出，A、B两点中间板料，与凹模接触只有在C、D两点处有接触，并且，与凸模为发生过接触，如图虚线所示，在冲压Z向中，该段板料具有一定的自由度，其是处于悬空失稳状态下的，因此，在其状态下，拉延过程中，极易造成Z方向出现失稳起皱。
通常情况下，针对于此种Z向失稳起皱的缺陷，一般会在工艺补充增加拉延余肉的工艺方法进行解决，以此来对板料在拉延过程中的Z向自由度进行有效的控制，并且，也对该处工艺补充线长进行了相应的增加，从而起到良好的“吸皱”作用。如图12所示，其为拉延距离到底前30mm，在原来工艺参数基础上增加拉延余肉后的截面，读图我们可以看出，板料并未在Z向出现波浪起伏的状况发生，由此可以说明，失稳得到有效的控制。如图13所示，其为到底前5mm板料的状态，从图中我们可以看出，拉延余肉的情况得到了显著的优化。（与图7相比较）。
3.3 产品结构的优化
以上素叙述的两种调整车门内板转角起皱问题的处理方法是工艺上作为使用的两种方式，但是，车门内板转角开裂，也是比较常见的一个问题，正对与此问题来讲，其主要是因为内板成形深度大，此外，转角处侧壁还会在一定的程度上受到车身结构的限制，为了可以确保转角不产生开裂情况的发生，在产品结构会做出合理的优化，但是，这样会影响到起皱问题的改善手段，因此，起皱问题的解决优化方法必须要适当的做出让步，但是并不是代表着对其完全的消除。如图14所示，其为将吸皱凹槽设计入产品起皱区域中，通过增加产品局部线长，以此来对车门内板转角起皱缺陷进行改善。
从以上的3个方面简单的介绍了其的解决与优化方案，并通过运用相关的CAE仿真模拟软件，对其进行准确的仿真分析，依照分析结果我们可以看出，内板转角的起皱趋势得到控制。
4、试制验证
通过对后门内板转角起皱缺陷的前期工艺参数进行了优化，本研究着重的从拉延筋优化、工艺补充优化、产品结构优化这3个方面进行了改善，在经过运用相关的CAE仿真模拟软件，对其进行准确的仿真分析，依据分析结果，指导冲压制造调试，选取最佳的艺处理方法，最终快速调试出合格零件，由此解决了后门内板转角起皱缺陷，其所制成的产品质量满足生产需求，质量良好。
5、结论
综上所述，在本研究中，通过优化工艺补充、拉延筋、产品结构等处理方法，对其进行了解决，通过试制验证对前期的优化结果进行分析，结果表明其优化处理方式對后门内板转角起皱起到了较好的改善，提高并满足了产品的质量要求。
参考文献
[1] 张琪.乘用车地板通道零件回弹及起皱特性分析[J].锻压技术，2015，40（6）：34-38.
[关键词]后门内板；冲压成形；起皱；拉延筋；工艺补充
中图分类号：U463.834 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）38-0078-02
引言
不等厚（拼焊板）、形状复杂、尺寸大等是车门内板的主要特点，其是属于大型车身覆盖件，其对冲压工艺水平的要求也比较高，但是，在实际的冲压过程中，进行会出现汽车车门内板起皱及开裂的现象，该现象严重的影响汽车品牌工艺水平对汽车品牌工艺水平的认可。然而，在当前我国市场上已有车型中，仍然存在着不同程度的车门内板起皱缺陷，因此，在本文中，笔者通过以某车型后门内板作为研究对象，对车门内板转角起皱原因通过CAE分析软件建立有限元分析模型，依据分析结果，对所出现的转角起皱原因进行全面的分析，并提出相应的优化解决处理方法，最后采用优化后的参数进行试验验证。
1、工艺分析及有限元模型建立
1.1 后门内板工艺性分析
如图1所示，其为某汽车后门内板的三维零件结构图。从图中我们可以看出，改产品外观整体结构特征起伏较大，轮廓形状复杂，A、B两处成形深度深，从而导致改部位的拔模角度较小，此外，改零件的截面高度方向急剧变化，毛坯大部分时间在冲压过程中是处于悬空状态的，极易造成此处出现起皱以及開裂的风险。C处极易出现拼焊线撕裂的情况发生，其主要的原因是此处的拼焊线极为靠近圆角处，应力与板料厚度发生了急剧变化。中间区域D处，属于胀形变形，其由于此处结构复杂，并且也无法在相邻区域得到材料补充，极易发生开裂。从生产成本及效率考虑，由于该零件不具备自对称性，采用左右后门内板共模生产，其工序为整形及翻孔、落料、冲孔侧冲孔、拉延、修边及冲孔以及分离。
1.2 有限元模型建立
DX54D+ZF拼焊板材料为办研究中标零件所采用的材料，其厚度为0.7/1.4mm，详细的该材料的力学性能见表1。依据前期CAE软件与经验分析，从而确定该毛坯尺寸为2100mm×[410/1.4，935/0.7]mm。
产品后续工序的安排以及成形性会受到产品冲压方向的合理确定的影响。为了遵循后续修边冲孔的可行性以及最小拉延深度原则，并对共模生产方案展开充分的考虑，从而对该后门内板的冲压方向进行了确定，其为车身+Y向，如图2所示。
针对于工艺补充来讲，其是在零件的基础上添加的那部分材料，其主要是为了可以顺利拉延成形出合格的制件，在拉延成形后，还是需要将工艺补充部分切除掉的。拉延成形的各项工艺参数、零件成形质量、毛坯料的尺寸等一系类指标，都会直接受到工艺补充设计的合理性的影响。针对于压料面来讲，，其是汽车覆盖件的拉延成形过程中，最为重要的一个工艺补充组成部分，起着重要作用。单曲率曲面是后门内板压料面的主要形式，为了可以有效的避免出现急剧变化，在对压料面进行制作时，尽可能的要保证其的形状接近产品形状。此外，将内板局部的法兰面作为压料面，可以有效的降低零件的拉延深度。如图3所示，其为后门内板建立的工艺补充模型。
通过借助AutoForm分析软件，有限元分析选用了自适应网格方法、Hill材料模型以及EPS-5壳单元进行模拟分析，压边力为1000kN、摩擦系数为0.15，并采用了虚拟拉延筋，单动拉延为本研究的拉延方式。如图4所示，其为创建好的有限元分析模型。
2、后门内板拉延模拟结果分析
在实际的实践中，通过多次的对拉延筋的作用力与坯料形状进行了调节，通过深入的分析与总结，从而得出最优的分析结果，详细情况见图5所示。从图中我们可以看出，在拉延结束后，后门内板转角处的减薄量是处在安全范围之内的，并且，产品的开裂风险基本不存在。要想实现起皱风险得以有效控制，必须要保障内板的起皱指在0.03以内，这是依据起皱判定准则得不的数据。如图6所示，我们从图中可以看出，门内板两个转角的起皱指数，均保持在0.03以内，（除工艺补充区域外），由此，从理论上讲，起皱风险是处于可控制状态的，然而，因为Auto-Form软件算法的原因，起皱现象在拉延完成后，会被部分抹平而忽略掉，但是，被抹平忽略掉的部分起皱想象，在实际的生产过程中却保留了下来，并且延续到最后，从而造成产品完成之后，起皱或者波纹现象在产品上存留，并且肉眼可见。所以，对板料成形过程必须要进行分析。如图7所示，其为拉延距离到底前5mm时的板料状态，从图中我们可以看出，严重的波浪起皱现象出现在两个转角处，由此可以得知，在实际生产中，该起皱并没有被压平，因此，必须对产品结构与工艺在同步工艺设计阶段，对其进行优化处理。薄板料区域与厚板料区域相比较而言，其起皱的趋势相对较弱，由此可以说明，抗起皱能力较强的是厚板料。
3、转角起皱原因分析及对策
3.1 拉延筋的优化
要想实现有针对性的提出相应的可行性合理预防对策与建议，并制定出解决和控制转角处起皱缺陷的佳工艺处理方法，就必须要先从查找造成起皱的根本原因所在，如图8所示，其是一个后门内板转角截面，通过分析图我们可以看出，后门内板转角截面深度急剧变化，呈现出类似带法兰的圆筒件拉深情况的形式，由此可以对其产生起皱缺陷的原因进行初步的断定，其是属于压应力起皱类型。
初步的断定只是一个大体的推测，为了可以更加准确的判定起皱类型，我们必须要进一步的对转角的应力分布进行探析。如图9所示，其为拉延到底前30mm的主应力方向，在本图像中，通过在其的垂直方向（X向）与沿着皱纹方向（Y向）进行取点分析，各对其取10个点。如图9所示，其为正应力值分布图，读图我们可以得出，两个方向的应力正在对板料进行施压，其中，应压力（负值）是垂直于皱纹方向的应力，从图中我们看出，其是垂直于皱纹方向。 通过对转角两侧的拉延筋阻力进行相应的调整，以此来对皱纹垂直方向的压应力进行有效的控制。但是，转角成形深度大，其侧壁拔模角由于受到车身结构及功能的限制，其角度比较小，如果将转角两侧的拉延筋阻力进行任意的增大，极易导致其发生开裂情况发生。因此，在拉延筋设计中，我们可以通过增加皱纹垂直方向的阻力、外圈拉延筋采用八字形式、设置双筋、降低压应力值、控制材料的流动，在平面内，以此来促使板料受力较均匀，从而实现对起皱趋势进行有效的抑制。如图10所示，其为运用了八字筋前后转角两侧的拉延状态，从图中我们可以看出，材料的流动，因为运用了八字筋的处理方法，得到了有效的控制，并且，明显的改善了转角起皱趋势。
3.2 工艺补充的优化
如图11所示，其为成形工具与拉延距离到底前30mm板料的截面。通过对其进行分析，我们可以看出，A、B两点中间板料，与凹模接触只有在C、D两点处有接触，并且，与凸模为发生过接触，如图虚线所示，在冲压Z向中，该段板料具有一定的自由度，其是处于悬空失稳状态下的，因此，在其状态下，拉延过程中，极易造成Z方向出现失稳起皱。
通常情况下，针对于此种Z向失稳起皱的缺陷，一般会在工艺补充增加拉延余肉的工艺方法进行解决，以此来对板料在拉延过程中的Z向自由度进行有效的控制，并且，也对该处工艺补充线长进行了相应的增加，从而起到良好的“吸皱”作用。如图12所示，其为拉延距离到底前30mm，在原来工艺参数基础上增加拉延余肉后的截面，读图我们可以看出，板料并未在Z向出现波浪起伏的状况发生，由此可以说明，失稳得到有效的控制。如图13所示，其为到底前5mm板料的状态，从图中我们可以看出，拉延余肉的情况得到了显著的优化。（与图7相比较）。
3.3 产品结构的优化
以上素叙述的两种调整车门内板转角起皱问题的处理方法是工艺上作为使用的两种方式，但是，车门内板转角开裂，也是比较常见的一个问题，正对与此问题来讲，其主要是因为内板成形深度大，此外，转角处侧壁还会在一定的程度上受到车身结构的限制，为了可以确保转角不产生开裂情况的发生，在产品结构会做出合理的优化，但是，这样会影响到起皱问题的改善手段，因此，起皱问题的解决优化方法必须要适当的做出让步，但是并不是代表着对其完全的消除。如图14所示，其为将吸皱凹槽设计入产品起皱区域中，通过增加产品局部线长，以此来对车门内板转角起皱缺陷进行改善。
从以上的3个方面简单的介绍了其的解决与优化方案，并通过运用相关的CAE仿真模拟软件，对其进行准确的仿真分析，依照分析结果我们可以看出，内板转角的起皱趋势得到控制。
4、试制验证
通过对后门内板转角起皱缺陷的前期工艺参数进行了优化，本研究着重的从拉延筋优化、工艺补充优化、产品结构优化这3个方面进行了改善，在经过运用相关的CAE仿真模拟软件，对其进行准确的仿真分析，依据分析结果，指导冲压制造调试，选取最佳的艺处理方法，最终快速调试出合格零件，由此解决了后门内板转角起皱缺陷，其所制成的产品质量满足生产需求，质量良好。
5、结论
综上所述，在本研究中，通过优化工艺补充、拉延筋、产品结构等处理方法，对其进行了解决，通过试制验证对前期的优化结果进行分析，结果表明其优化处理方式對后门内板转角起皱起到了较好的改善，提高并满足了产品的质量要求。
参考文献
[1] 张琪.乘用车地板通道零件回弹及起皱特性分析[J].锻压技术，2015，40（6）：34-38.