一汽：车门内板回弹补偿方法研究-有驾

1 零件特点及冲压工艺方案

以某车型门内板为例，如图1所示，尺寸为 1 280 mm×1 225 mm×343 mm。零件拉深深度较深，达到165 mm，且前门侧壁拔模角度较小，成形时有开裂风险。零件上部为窗框，窗框整体造型刚度差，回弹趋势复杂，这也是车门内板回弹补偿的难点，2个较大的异形孔使零件的强度更差。

图1 零件结构

车门内板材料为st07，屈服强度为150.7 MPa，抗拉强度为289.5 MPa，硬化指数n为0.225，各向异性r值为2.379。该材料拉伸性能较好，适用于拉深深度较深的零件，因此在设计时零件所有拉深区域都拉深到位，避免后工序需整形到位而对零件的回弹状态产生影响。

在进行工艺设计时首先要确定冲压方向，车门内板冲压方向选择的合理性对成形结果的影响较大，拉深模冲压方向的确定尤为重要，因为其关系模具零件型面的补充和零件表面质量。冲压方向的选择需要对模具的闭合高度、零件的拉深深度、侧壁的拔模角度、工序间的旋转角度及各工序工作内容等因素进行综合考虑。综合上述将冲压角度设置为X=-100°、Y=0°、Z=-180°，四周材料流入量均匀以达到零件拉深充分的目的，由下门槛区域向窗框区域深度逐步降低，保证窗框位置的成形性。

压料面是保证零件拉深成形的重要组成部分，拉深时压边圈在闭合过程中坯料不能出现明显的起皱，因此压料面要尽量平缓，拉深深度均匀变化才能保证零件的成形质量，图2所示为压边圈在冲压坐标系下的视图及拉深深度。压边圈造型使下门槛拉深深度在170 mm左右均匀等深分布，窗框上边梁区域拉深深度在140 mm左右等深分布，A柱与B柱侧法兰区域最小拉深深度在10 mm左右，保证零件最低点高于压料面，避免压边圈闭合前凹模触料导致起皱，该拉深深度可使零件区域全部拉深到位而立壁不开裂，避免后工序整形到位影响零件回弹状态。零件中间区域拉深深度由下门槛向上边梁方向渐变分布，保证零件充分拉深，使零件达到一定刚度。

图2 压边圈造型与拉深深度

工艺补充是拉深成形中不可或缺的部分，其有利于改善零件的成形性及质量，并有利于拉深后的修边整形等工艺方案的排布。为了提高零件的成形充分性，在拉深深度最低的区域工艺补充设计成反成形余料（冲压工艺中为改善成形起皱、开裂或拉深不充分等问题的造型），如图3所示，余料在参与拉深成形的同时，还能起到一定程度的阻料作用，充分发挥材料的塑性变形能力，使板料减薄更加充分。

图3 拉深补充造型

车内门板冲压工艺分为4道工序，如图4所示，分别为OP10拉深、OP20修边冲孔、OP30修边整形、OP40修边冲孔整形。由于OP10已经将零件拉深到位，后工序的整形无整形量，减小了由于带量整形对零件回弹产生的影响，降低了调试成本和缩短了整改周期。

图4 冲压工艺方案

2 回弹补偿方案确定

汽车的大型覆盖件在检具上的支撑状态对零件的回弹有较大影响，因此首先需要确定的是检具支撑点位置及检测方向，如图5所示。从图5检具信息可知，零件为车身位置检测状态且在检具上零件凹向放置，检具只有A1~A3共3个支撑点，其余D1~D3为辅助支撑点，B、C在检具上作为定位孔使用。

图5 检具信息

冲压工艺主要参数：压边力为1 250 kN，理论成形力为7 186 kN，摩擦系数为0.15，拉深筋强度布置如图6所示，网格划分精度如表1所示。

图6 拉深筋布置

表1 网格划分精度

在回弹补偿前需要对模拟文件进行检查，避免模拟仿真造成回弹失真，其中检查项包括全工序增量步结果，避免计算不收敛导致结果失真，如图7所示。由图7可知，全工序计算中增量步未超过40步，满足回弹精算要求。图8所示为各工序自由回弹结果，各工序自由回弹均在3 mm以内。图9所示为各工序符形状态结果，后工序的符形量较小，均在3 mm以内。图10所示为各工序压料板对零件引起的塑性应变结果，后工序压料过程未对零件造成塑性应变。

图7 各工序计算的增量步结果

图8 各工序自由回弹结果

（a）OP10 （b）OP20 （c）OP30 （d）OP40

图9 各工序符形结果

（a）OP20 （b）OP30 （c）OP40

图10 各工序压料板对零件引起塑性应变结果

（a）OP20 （b）OP30 （c）OP40

由于零件检测方式为车身位置立检且凹放至检具上，受自身重力影响零件会呈下坠的状态，故受重力因素夹持方案的选择对零件回弹也有至关重要的影响。A1~A3夹持，D1~D3不使用的回弹状态如图11（a）所示，受自身重力影响，零件会出现旋转状态。回弹数值大且无规律性，回弹最大达2.3 mm，补偿不具有实际操作性。A1~A3夹持，D1~D3支撑的回弹状态如图11（b）所示，整体回弹数据变小，回弹最大仅1.339 mm，补偿具有实际操作性。

图11 不同夹持方案对回弹的影响

（a）仅A1~A3夹持（b）A1~A3夹持及D1~D3支撑

鉴于以上不同夹持方案的回弹状态，最终选择A1~A3夹持，D1~D3支撑作为最终方案，以此方案下的回弹作为依据进行补偿，并检查回弹状态下各支撑点及夹持点的受力（须不超过30 N），如图12所示，各支撑点受力均小于30 N。

图12 夹持方案下各支撑点受力

回弹补偿方案如图13所示，以夹持方案下的支撑回弹为补偿依据对OP10~OP30工序进行1∶1补偿，OP20、OP30使用与拉深型面一致的型面，OP40因工序内容单一，仅有修边冲孔，冲孔后对零件回弹基本无影响，故OP40使用与零件一致的数据。

图13 回弹补偿方案

3 回弹补偿必要性及模拟验证

车门内板基于以下原因必须进行回弹补偿处理，车门内板发生回弹将造成车门包边总成精度不良，使车门总成与侧围门洞、翼子板或前后门之间产生匹配不良问题，影响车门开闭功能的顺畅性和稳定性[2]。

对于汽车大型覆盖件的回弹补偿，难点是如何准确按照回弹数据进行回弹补偿，同时还要保证曲面质量，且在补偿时需要不断尝试补偿量，以便达到公差要求。在尝试补偿过程中，借助AutoForm-PD软件可以实现带参数整体补偿，方便调整参数，快速完成回弹补偿验证，并得到可以加工的型面精度，提升补偿效率50%以上。图14（a）所示为用AutoForm计算的全工序支撑回弹的补偿矢量，图14（b）所示为AutoForm-PD软件的补偿过程。整体补偿的命令操作设置为：将零件区域以外的矢量点全部删除，为保证曲面质量采用平衡策略（balanced law），且系数设置为1.0，以此生成补偿后的数据，整体补偿后的补偿量如图15所示。