針對汽車覆蓋件衝壓起皺的模擬模擬與優化

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您可能會問什麼是汽車覆蓋件？起皺又是個啥？標題我都看不明白還怎麼往下看？甭急，咱一個一個說。

汽車覆蓋件是組成汽車內表面和外表面的零件。像發動機艙蓋，車門，後備箱蓋等零件為汽車外覆蓋件，車門內襯板，後備箱蓋內襯板等零件為汽車內覆蓋件。

起皺是由於汽車覆蓋件在成形過程中受到力的不夠均勻，導致材料原有的穩定性降低形成的。如下圖的汽車後副車架縱梁下支持板，表面的那些條紋就是起皺。

起皺也有一個好兄弟-面畸變。起皺和面畸變兄弟倆的形成原因是相同的，一母同胞。只是面畸變的程度相對來說較輕，面畸變的表面凹凸不平的高度低於0.2mm，成麻狀，看著表面溜光水滑，實際上一摸暗藏丘陵。起皺的表面凹凸不平高度要超過0.2mm，不用摸就能看出來。

起皺對於汽車覆蓋件的影響到底有多大

坯料產生起皺後，坯料上拱起的褶子很難通過凹模，凸模之間的間隙進入凹模。如果依然堅持著大力出奇蹟的想法，增加拉應力強行拉入，坯料會因為承受的力較大，被拉出裂痕，導致零件的報廢。

即使凹模，凸模之間的間隙足夠大，或者坯料的起皺不是很明顯，強行拉入成功了，零件表面還是會留下凹凸不平的痕迹，影響著零件的美觀。

圖中a為凹模凸模之間的間隙不夠大強行拉入，零件底部被拉出裂痕，導致零件報廢。

圖中b為凹模凸模之間的間隙夠大，表面起皺較輕時強行拉入，在零件的內壁和外壁留下了起皺。

起皺也會對汽車覆蓋件的表面質量造成影響比如：零件耐不耐磨，耐不耐造，和其他零件的配合程度好不好等。

正是因為起皺有這麼多不好的地兒，對零件的質量影響又挺大，所以零件在實際生產之前會使用有限元分析軟體來進行零件衝壓成形過程的模擬模擬。在模擬過程中發現問題進行優化，這樣既減少實際的模具測試周期，提高一次性完美的成形的概率又可以實時監控板料在成形過程中每一步的變化情況。

下面我以汽車後備箱蓋內襯板為例，在有限元軟體中觀察板材的成形情況和在成形過程中的受力的分布。

汽車後備箱蓋內襯板成形極限雲圖

在成形極限圖中紫色代表著此處有嚴重起皺，粉色代表起皺，藍色部位有起皺趨勢。通常來說板料的邊緣嚴重起皺明顯，在後備箱蓋內襯板的成形區可以發現在零件橋的兩側都有小範圍的起皺和起皺趨勢出現。

上圖是一個衝壓完成的零件。凸起的部位為零件本體，觀察零件我們可以看到在零件的邊緣部位有起皺出現，但是邊緣部位在後期的工序中是要裁掉的，所以在成形過程中邊緣處的起皺並不影響零件整體的質量，是可以忽略不計的。

汽車後備箱蓋內襯板主應變雲圖

對比零件的主應變圖和成形極限圖，可以發現嚴重起皺的部分對應的應力值為藍色，起皺和有起皺趨勢的部分對應的應力值為淺藍色，綠色為拉深正常部位。

起皺部分的應力值要大於正常拉深部位，隨著運動的進行模具承受起皺部分的摩擦力也越來也越大，起皺也越來越嚴重，周而復始形成惡性循環，會造成拉裂趨勢和拉裂，最後導致零件報廢。

如何解決衝壓過程中的起皺

在使用有限元軟體進行模擬模擬之前，我們先來了解一下模具和坯料是怎樣的一個相對狀態。

自上而下分別為拉延筋，凹模，坯料，壓邊圈，凸模。

一般常用解決起皺的方法有以下幾種，我們可以在有限元軟體中進行參數的修改，進行計算，檢測修改方案的可行性。

（一）調整衝壓過程中力的大小。觀察上文中的成形極限雲圖可以發現嚴重起皺大都集中在板材的四周，可以判斷起皺是由壓邊力過大引起，減小壓邊力到一個合適的值即可消除起皺。也就是增大在衝壓過程中的拉應力，可以在板材成行中選擇drawing 工具對凹模和壓邊圈的力進行修改。

（二）設置拉延筋。拉延筋是增加成形過程中防止坯料內部的材料隨意流動阻力的一個裝置。改變拉延筋的位置，調整拉延筋的高度和長度，可以使起皺部分的拉應力分布相對均勻一些。

（三）改變凹模圓角半徑。凹模圓角部分半徑太大，會增大坯料的懸空部位，會減弱對起皺的控制能力，可以適當減小凹模的圓角半徑，或者改變坯料和凹模凸模之間的間隙。

根據上面那張成形極限圖出現的情況調整拉延筋的長度為10，拉應力調整到300000，又可以得到一個新的成形極限圖。

修改參數後的成形極限雲圖

我們可以把後備箱蓋內襯板彎曲部分定義為一個零件橋。修改完之後可以發現零件橋兩側的起皺和起皺趨勢區域有所減小，並且零件邊緣處的起皺區域也有所減小。

再觀察參數修改完後的主應變雲圖

修改參數後的主應變雲圖

通過和未修改前進行對比可以發現，零件的受力分布更加的均勻，改變參數之後，也並沒有出現應力集中，說明修改方案可行。

要得到不起皺甚至表面更光滑的成形件，需要調整合理對壓邊力的大小，拉應力的大小，拉延筋以及坯料距離凹模凸模之間的間隙，甚至還會用上潤滑劑來減小摩擦力，才能找到一個最優解。

如果最優解一直找不到，就要重新考慮該零件的成形工藝，從頭再來。