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[摘 要]以汽车纵梁为研究对象，介绍其冲压工艺方案，利用CAE技术，对纵梁在回弹处理方面总结了合理的工艺与技术改进措施。经过实际冲压验证：表明改进后的纵梁冲压工艺效果良好，满足使用要求，对类似零件成形工艺设计具有一定的参考作用。
[关键词]汽车纵梁；冲压工艺；CAE；回弹；自动补偿
中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0353-01
引言：冲压工艺中，制约其快速发展主要集中在一些典型的难成形件上，如汽车覆盖件、轮罩板件、梁类件等。梁类件随着汽车轻量化的发展使用比例越来越高，强度也越来越高，决定了它的工艺特殊性和成形难度。梁类件中特别是高强梁类件中纵梁是典型的难成形件，主要取决于纵梁造型的复杂程度和使用板料的高抗拉強度。
1 传统加工工艺及存在的问题
汽车纵梁加工的内容主要包括：成形和制孔。加工工艺可分为成型前加工孔和成型后加工孔，制孔的方式又分为冲孔加工和钻孔加工。目前，汽车纵梁加工多采用的是买成形纵梁料，通过摇臂钻床钻孔。选用钻孔方式最大的优点是设备投资少，但缺点也很多：加工效率低、需要制造多种钻模，生产准备周期长，很难适应多品种、小批量多批次产品的生产节拍。以陕重汽为例，随着陕重的斯太尔产品产能的大幅提升，同时MAN产品逐步上升为主导产品，传统的加工工艺已无法适应产能提升和产品变形的需求，纵梁孔位加工能力不足已成为车架生产的“瓶颈”问题，寻求新的纵梁加工工艺迫在眉睫。因为斯太尔产品为等截面梁，MAN产品为变截面梁，这两种车架的纵梁结构不同，加工工艺差别较大，因此选择纵梁加工工艺和设备时应兼顾此两种产品结构的加工。
2 加工工艺及所用设备的特点
2.1 生产效率高，劳动强度小
数控冲对新产品生产要求的准备时间短，对于纵梁孔的变化，生产准备仅为编程时间，输入CAD图形，可以自动生成加工程序，可以充分快速地满足市场和每个用户的要求，解决了现有摇臂钻床孔效率差、生产准备时间长、劳动强度低的问题。采用原有方法，冲一个孔，带上下料最慢需要1.2s，钻一个孔最快需要10s。当加工5595mm长、200余孔的S35车纵梁时，5人需要14min，而采用数控冲只需4min。加工11050mm长、350余孔O40车纵梁，5人需要28min，而采用数控冲加工350个孔只需8min。
2.2 产品质量高
数控冲加工解决了摇臂钻床钻孔时，漏孔和孔距尺寸超差而影响铆接和总装配进度及质量的问题，并且数控冲加工的孔没有毛刺，精度高于钻孔。
3 纵梁工艺改进
汽车的纵梁的强度比较高，且该类元件的塑性变形程度比较小，在纵梁的成形阶段，其达到的塑性变形阶段存在着一定的困难。如果其在成形时期，其板料的变形仍旧属于弹性形变，那么就会使得其应力在释放过后产生回弹的现象，降低了其成形尺寸的精准程度，其板料成形时期，如果其塑性成形出现了断裂的现象，那么其板块变薄百分比为60%，其普通的钢板就会只有在25%以上，才会产生开裂的现象。
3.1 拉深成形
在对板料进行拉深处理时，要尽可能的让其拉深工序一次完成，其拉深的深度要满足其零件成形的需求，达到相应的标准，一次来防止其后续出现整形等不良现象。将其板料一次性的拉深到最大的位置上，可以确保其板料应用的充分程度，最大限度的降低了其板料的回弹性，其板料会无法轻易的产生塑性形变，提升了其成形零件尺寸的精准程度。以板料拉深成形的特征为基础点，让其拉深的深度要和其保持高度的一致性，便于板料和凸模的光顺更好的基础，降低其板料出现褶皱等不良现象，让其拉伸后的板料应力可以不受到影响，在应力变化过后，其板料的变形程度就会趋于平稳，其所产生的变形以及回弹程度会比较小。
3.2 工序排布
工序排布工作开展时，必须要对其零件结构的可实施性以及自身的应用强度进行探究，通常，汽车纵梁的整形力度比较强，具有回弹大的特性。在零件结构条件满足其工序排布的需求是，需要重视其板料成形的稳固性设计内容，还要对其零件尺寸的修改方案的可实施性进行探究。通常，板料的强度会比较高，其料的厚度也比较大，如果在成形时，不对其受力状况进行分析，就会使得其受力呈现不均匀的状态，导致其模具零件出现变形的现象，严重的还会影响其模具的使用年限，降低其零件的质量以及稳固程度。要在工序排布工作开展之后，调控好修边力和整形力二者之间的关系，确保其模具零件的受力状态。板料的回弹性比较明显，所以其模具零件的修整工作难度比较高，如果使用传统工艺方式修改其模具零件，就会使得其调试过后的模具零件回弹性超过实际所需的回弹性，还会使得其回弹量区域出现负角等现象，让其整形工作无法顺利的开展，严重的还会使得其模具报废，不能正常的投入到使用工序中。想要防止该现象的发生，就要研究其CAE模拟回弹量和以往车型，总结其相关的生产经验。
4 纵梁CAE模拟改进分析
当确定出其实际的工艺生产方案之后，要利用CAE对其理论开展模拟的实验，确定出其纵梁精准尺寸的目标，考量各类施工工艺方案应用的成形要求，尽可能的减小其现场模具整改的强度，适当的缩短其板料的调试时间，在实际的设计阶段开展预处理的工作，设立出回弹控制的目标数值。
4.1 设定回弹理论分析目标值
通过最近几年进行理论与实际回弹对比，总结了高强板模拟参数设置对应下的回弹分析目标值，梁类件对主面、侧壁、法兰等的不同部位制定了不同的目标值。梁类件主面的作用比较重要，在模具零件整改中牵动的整改工作量比较大，采用了较高目标的控制值；侧壁CAE模拟尽量保证不出现负回弹，针对侧壁定的目标值相对高一点；法兰的影响因素比较多，理论与实际的对应程度不是很高，而且法兰相对现场模具零件整改比较容易，整改成本和周期均较短，法兰理论不出现负回弹，且在+1.0mm左右都能接受。
4.2 自动循环反弹模拟
为了达到理论目标值，借助软件进行反复计算，由于纵梁结构复杂，回弹比较大，要想达到理想的目标值，需要进行多次补偿并反复验证。若每次均通过CAD辅助进行补偿，再进行CAE软件分析，则工作量大且浪费时间。研究了AF软件自动补偿循环回弹功能，如图6所示，能减少此过程的工作量，避免了CAD造型过程中精度的降低。采用自动循环反复计算后能使人为利用CAD进行辅助造型的工作量减少到2～3次，节省了人力、物力。
4.3 高精度补偿处理
虽然软件的模拟结果作为主要的回弹补偿依据，但由于软件本身与现场的准确度不能达到完全一致，针对软件的结果，还要结合经验来进行判定，特别是针对纵梁类难成形的板料。高精度补偿处理一般会在最后阶段结合以往类似件的经验值进行特殊部位和不确定部位的最终方案判定。软件模拟的结果可能非常精确，但软件模拟的状态要真实反映到现场，就关系到模拟结果到加工数据的转化精度问题，为了达到高精度转化，经过试验，采用Think3软件进行回弹数据的处理。在进行回弹补偿方案的选择时，主要在拉深工序进行回弹预处理，整形工序作为较小量的回弹预处理。
结语
汽车纵梁是梁类件的典型代表，通过合理的设备选型、生产工艺设计，并借助CAE分析技术，基于软件循环计算的回弹补偿处理方法，经过实际冲压效果的验证，改进后的纵梁冲压质量得到明显提升，满足客户的使用要求。
参考文献
[1] 李绍民，张勇，刁照云，王子建.智能制造——重卡车架纵梁智能加工系统探讨[J].重型汽车.2016（04）.
[2] 周家明.汽车纵梁抛丸前除油清洗工艺设计浅谈[J].时代汽车.2016（12）.
[3] 毛卫国.汽车纵梁冲压成形数值模拟及试验验证[J].锻压技术.2017（04）.
[关键词]汽车纵梁；冲压工艺；CAE；回弹；自动补偿
中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）29-0353-01
引言：冲压工艺中，制约其快速发展主要集中在一些典型的难成形件上，如汽车覆盖件、轮罩板件、梁类件等。梁类件随着汽车轻量化的发展使用比例越来越高，强度也越来越高，决定了它的工艺特殊性和成形难度。梁类件中特别是高强梁类件中纵梁是典型的难成形件，主要取决于纵梁造型的复杂程度和使用板料的高抗拉強度。
1 传统加工工艺及存在的问题
汽车纵梁加工的内容主要包括：成形和制孔。加工工艺可分为成型前加工孔和成型后加工孔，制孔的方式又分为冲孔加工和钻孔加工。目前，汽车纵梁加工多采用的是买成形纵梁料，通过摇臂钻床钻孔。选用钻孔方式最大的优点是设备投资少，但缺点也很多：加工效率低、需要制造多种钻模，生产准备周期长，很难适应多品种、小批量多批次产品的生产节拍。以陕重汽为例，随着陕重的斯太尔产品产能的大幅提升，同时MAN产品逐步上升为主导产品，传统的加工工艺已无法适应产能提升和产品变形的需求，纵梁孔位加工能力不足已成为车架生产的“瓶颈”问题，寻求新的纵梁加工工艺迫在眉睫。因为斯太尔产品为等截面梁，MAN产品为变截面梁，这两种车架的纵梁结构不同，加工工艺差别较大，因此选择纵梁加工工艺和设备时应兼顾此两种产品结构的加工。
2 加工工艺及所用设备的特点
2.1 生产效率高，劳动强度小
数控冲对新产品生产要求的准备时间短，对于纵梁孔的变化，生产准备仅为编程时间，输入CAD图形，可以自动生成加工程序，可以充分快速地满足市场和每个用户的要求，解决了现有摇臂钻床孔效率差、生产准备时间长、劳动强度低的问题。采用原有方法，冲一个孔，带上下料最慢需要1.2s，钻一个孔最快需要10s。当加工5595mm长、200余孔的S35车纵梁时，5人需要14min，而采用数控冲只需4min。加工11050mm长、350余孔O40车纵梁，5人需要28min，而采用数控冲加工350个孔只需8min。
2.2 产品质量高
数控冲加工解决了摇臂钻床钻孔时，漏孔和孔距尺寸超差而影响铆接和总装配进度及质量的问题，并且数控冲加工的孔没有毛刺，精度高于钻孔。
3 纵梁工艺改进
汽车的纵梁的强度比较高，且该类元件的塑性变形程度比较小，在纵梁的成形阶段，其达到的塑性变形阶段存在着一定的困难。如果其在成形时期，其板料的变形仍旧属于弹性形变，那么就会使得其应力在释放过后产生回弹的现象，降低了其成形尺寸的精准程度，其板料成形时期，如果其塑性成形出现了断裂的现象，那么其板块变薄百分比为60%，其普通的钢板就会只有在25%以上，才会产生开裂的现象。
3.1 拉深成形
在对板料进行拉深处理时，要尽可能的让其拉深工序一次完成，其拉深的深度要满足其零件成形的需求，达到相应的标准，一次来防止其后续出现整形等不良现象。将其板料一次性的拉深到最大的位置上，可以确保其板料应用的充分程度，最大限度的降低了其板料的回弹性，其板料会无法轻易的产生塑性形变，提升了其成形零件尺寸的精准程度。以板料拉深成形的特征为基础点，让其拉深的深度要和其保持高度的一致性，便于板料和凸模的光顺更好的基础，降低其板料出现褶皱等不良现象，让其拉伸后的板料应力可以不受到影响，在应力变化过后，其板料的变形程度就会趋于平稳，其所产生的变形以及回弹程度会比较小。
3.2 工序排布
工序排布工作开展时，必须要对其零件结构的可实施性以及自身的应用强度进行探究，通常，汽车纵梁的整形力度比较强，具有回弹大的特性。在零件结构条件满足其工序排布的需求是，需要重视其板料成形的稳固性设计内容，还要对其零件尺寸的修改方案的可实施性进行探究。通常，板料的强度会比较高，其料的厚度也比较大，如果在成形时，不对其受力状况进行分析，就会使得其受力呈现不均匀的状态，导致其模具零件出现变形的现象，严重的还会影响其模具的使用年限，降低其零件的质量以及稳固程度。要在工序排布工作开展之后，调控好修边力和整形力二者之间的关系，确保其模具零件的受力状态。板料的回弹性比较明显，所以其模具零件的修整工作难度比较高，如果使用传统工艺方式修改其模具零件，就会使得其调试过后的模具零件回弹性超过实际所需的回弹性，还会使得其回弹量区域出现负角等现象，让其整形工作无法顺利的开展，严重的还会使得其模具报废，不能正常的投入到使用工序中。想要防止该现象的发生，就要研究其CAE模拟回弹量和以往车型，总结其相关的生产经验。
4 纵梁CAE模拟改进分析
当确定出其实际的工艺生产方案之后，要利用CAE对其理论开展模拟的实验，确定出其纵梁精准尺寸的目标，考量各类施工工艺方案应用的成形要求，尽可能的减小其现场模具整改的强度，适当的缩短其板料的调试时间，在实际的设计阶段开展预处理的工作，设立出回弹控制的目标数值。
4.1 设定回弹理论分析目标值
通过最近几年进行理论与实际回弹对比，总结了高强板模拟参数设置对应下的回弹分析目标值，梁类件对主面、侧壁、法兰等的不同部位制定了不同的目标值。梁类件主面的作用比较重要，在模具零件整改中牵动的整改工作量比较大，采用了较高目标的控制值；侧壁CAE模拟尽量保证不出现负回弹，针对侧壁定的目标值相对高一点；法兰的影响因素比较多，理论与实际的对应程度不是很高，而且法兰相对现场模具零件整改比较容易，整改成本和周期均较短，法兰理论不出现负回弹，且在+1.0mm左右都能接受。
4.2 自动循环反弹模拟
为了达到理论目标值，借助软件进行反复计算，由于纵梁结构复杂，回弹比较大，要想达到理想的目标值，需要进行多次补偿并反复验证。若每次均通过CAD辅助进行补偿，再进行CAE软件分析，则工作量大且浪费时间。研究了AF软件自动补偿循环回弹功能，如图6所示，能减少此过程的工作量，避免了CAD造型过程中精度的降低。采用自动循环反复计算后能使人为利用CAD进行辅助造型的工作量减少到2～3次，节省了人力、物力。
4.3 高精度补偿处理
虽然软件的模拟结果作为主要的回弹补偿依据，但由于软件本身与现场的准确度不能达到完全一致，针对软件的结果，还要结合经验来进行判定，特别是针对纵梁类难成形的板料。高精度补偿处理一般会在最后阶段结合以往类似件的经验值进行特殊部位和不确定部位的最终方案判定。软件模拟的结果可能非常精确，但软件模拟的状态要真实反映到现场，就关系到模拟结果到加工数据的转化精度问题，为了达到高精度转化，经过试验，采用Think3软件进行回弹数据的处理。在进行回弹补偿方案的选择时，主要在拉深工序进行回弹预处理，整形工序作为较小量的回弹预处理。
结语
汽车纵梁是梁类件的典型代表，通过合理的设备选型、生产工艺设计，并借助CAE分析技术，基于软件循环计算的回弹补偿处理方法，经过实际冲压效果的验证，改进后的纵梁冲压质量得到明显提升，满足客户的使用要求。
参考文献
[1] 李绍民，张勇，刁照云，王子建.智能制造——重卡车架纵梁智能加工系统探讨[J].重型汽车.2016（04）.
[2] 周家明.汽车纵梁抛丸前除油清洗工艺设计浅谈[J].时代汽车.2016（12）.
[3] 毛卫国.汽车纵梁冲压成形数值模拟及试验验证[J].锻压技术.2017（04）.