1后地板结构分析
后车架底部通常有两种类型，一种设有备胎空间，另一种没有，设有备胎空间的后车架底部多采用开口拉伸制作，没有备胎空间的后车架底部则使用封闭拉伸制作，通常采用开口拉伸制作的后车架底部材料利用程度一般能达到七成四以上，而采用封闭拉伸制作的后车架底部材料利用程度一般在六成八到七成之间图1展示的是后地板构造，其整体轮廓长宽分别为940毫米和560毫米，板厚为0.7毫米，采用的材料为JAC270D-45/45加高润滑涂层，材料各项力学指标参见表1，单块后地板的重量是3.108千克。
图1 后地板结构
表1 后地板材料力学性能
后地板前半部分与前地板相接，后半部分与汽车备胎存放区域相接，两侧的法兰部分与门槛的加固板相接。该部件的左右两侧并非完全一致，孔的位置和孔的大小有所不同，部件的前半部分是直的，形状比较平整；部件的后半部分形状高低变化很大，前后形状的高度差为235毫米，部件的后半部分形状与两侧法兰部分的高度差为170毫米。采用标准封闭拉深工艺，使用切割好的梯形材料进行加工，最终地板材料的使用比例能够达到66.3%，表2中提供了相关数据。然而，由于零件的形状特点，66.3%的材料使用比例低于以往大规模生产的后地板最差水平，因此必须研究新的制造方法来提高材料的使用效率。
表2 后地板单件材料利用率统计
2双拼工艺方案设计
2.1 双拼工艺介绍
将两个或多个独立部件借助工艺辅助结构合并成一个整体属于双拼技术，这种技术能够缩小接合区域的辅助面积，进而降低废弃物体积，增强单个部件的原料使用效率，常应用于左右前地板、左右门板等成型环节。针对后地板构造特征，前部垂直边缘与后部接近直角的边缘可以当作拼接基准线，通过双拼方式可以优化材料利用程度。
2.2 双拼方式选择
拉深成型时，必须保证凸模和板料紧密贴合，以降低两者间的相对移动，这对板料的塑性变形有益，也能提高冲压件的表面精度；同时凸模和板料之间的接触区域应尽可能宽广，这样可以防止因个别点或线接触导致局部材料过度变形而引发开裂；凸模表面与板料接触的位置需要尽可能多、分散且均匀，目的是避免局部变形过于剧烈，进而防止板料和凸模表面之间发生相对滑动。
依据后部基座构造特征，能够利用前部中心线和尾部中心线产生两种不同的拼接形态，具体展示于图2之中。依照先前所述的拉深成形原理，前部中心线对接的成型主要依赖凹模进行，成型期间板材仅与凸模两边的最高点相接，这对板材的膨胀成型效果不佳；后部中心线对接则符合凸模成型要求，并且可以确保板材与凸模之间有更宽阔的接触范围，从整体成型过程来衡量，决定采用后部中心线双拼作为后车门的对接方式。
图2 后地板不同的双拼式样
后地板构造存在不对称性，在组合时决定沿后部中心线翻转半圈来配置，不选用左右部件镜像布局，由此产生的两个后地板实际上是同一个零件，它们都必须通过单个零件的检具进行孔位验证。确定后地板组合方法后，根据零件特性大致设计了三个步骤：步骤十进行标准拉延，步骤二十进行边缘修整加垂直打孔，步骤三十进行边缘分离加斜面模具打孔。
2.3 双拼工艺拼接距离设定
从材料利用角度分析，两个后地板之间的双拼距离S越短，成型工艺补充线长度就越短，后地板的材料利用程度就越高。如图3所示，双拼距离S同时也决定了OP30工序制件分离的修边镶件厚度D，距离过小会削弱修边镶件的强度，在制造环节中镶件有损坏的可能性。为了增强修边分离镶件的韧性，同时追求材料使用的最大效益，镶件选用了锻造的HMD-5材料，这种材料的疲劳极限为300 N/mm2。镶件在修边冲裁时需要承受350St的力，其中板材的抗剪能力是350 N/mm2，S代表双拼间的距离，t表示板材的厚度。根据以往的实践经验，双拼间的距离选定为10 mm，此时承受的冲裁力为2 450 N。通过运用强度有限元方法对镶件进行受力分析，分析结果表明镶件能够达到疲劳强度的要求，因此最终确定双拼间的距离为10 mm。
图3 后地板制件之间的对拼距离
2.4 双拼制件摆角设定
单个零件的倾斜角度θ越大，组合加工后的拉延深度H就越浅，零件成型完成时发生破裂的可能性也较低；在确定零件倾斜角度时，还需顾及后续的打孔方位，通常打孔方位应控制在15°以内。不过该零件两处打孔是后续焊接的基准孔，孔位和孔径标准严格，其打孔方位需控制在5°以内，所以组合零件的倾斜角度θ也按5°来设定。
图4 后地板制件的对拼摆角
3双拼工艺成形仿真模拟验证
3.1 工艺排布
根据后地板构造特征和工位安排，力求工序流程最短、模具投入最低，设计了包含三道工序的成型方法：首先执行OP10拉延，接着进行OP20环绕垂直的修边并同步实施垂直的冲裁，最后完成OP30的修边并分离，同时运用斜楔进行冲孔，详细的工序分布如图5所示。
图5 后地板双拼工艺排布
扩大接触范围，围绕边缘进行加工并设立垂直方向的孔洞，接着进行分离处理，采用斜面机构进行冲切作业。
3.2 成形仿真模拟分析
把后地板所有制作步骤的精密模具CAD信息输入AutoForm成型模拟系统，按照每个步骤的加工安排开展全过程有限元模拟检测，如图6所示，其中第10道工序的模具部件有凸模、压边圈和凹模；第20道工序的模具部件有凸模、顶料板、修边刀和冲孔刀；第30道工序的模具部件有凸模、顶料板、修边刀和斜楔冲孔刀。依据实际制造情形，确立成型模拟的限定参数，用以体现理想的咬合情形，摩擦因数为0.15，施加的约束力为900千牛，压板移动距离为200毫米，工件抗变形能力为50兆帕每毫米，采用“力控制”的压制方式，构件选用“EPS-11”这类弹塑壳体单元。
图6 后地板成形有限元模型
（a）拉 深 （b）沿周修边+垂直冲孔 （c）分离修边+斜楔冲孔
通过AutoForm反复运算模拟，最终的地板分析数据如图7呈现，地板组中的板件关键评估指标涉及开裂与起皱，开裂的评估标准为厚度减少程度
图7 后地板成形仿真结果
4双拼工艺方案验证
4.1 制件成形质量确认
运用AutoForm验证的双拼工艺数据来制作模具，根据成形模拟结果对模具进行调试，让试模工艺参数、拉深材料流动情况等尽量符合数值模拟，最终模具冲压出的后地板拉深试件和成品件没有出现暗裂或起皱，制件成形品质很好，如图8所示。用蓝光检测仪器对单个行程内的工件逐一进行检测核实，检测信息表明该行程中两件后地板成品均符合标准（测量点位置误差±1毫米，自由表面误差±1.5毫米），并且相同测量点位置的精度偏差为±0.3毫米，能够满足大规模制造的需求。
图8 后地板实物品质和精度
4.2 双拼工艺方案收益
和单独制作后地板的方法相比，使用双拼工艺制作后地板时，两条工艺补充线的长度可以由两件产品共同承担，原料的使用效果从单独生产时的66.3%增加到了75.5%，原料的使用效果进步了9.2%，具体数据见表3。根据材料每公斤九点二七元的价格计算，地板物料成本每件降低了五点四元，计算方式为四点六九六乘以九点二七减去八点二三四乘以九点二七再除以二；此外，采用两种材料混合加工的技术方案后，后地板能够用同一个模具生产两件，使得整个汽车生产过程中后地板的冲压总次数减为原来的一半。当前公司进行冲压作业的花费大约是每操作一次要25块钱，如果忽略掉减少后地板制造所需时间、更换模具次数等费用，仅看后地板制造过程中操作次数的成本，已经降低了12块5一次，整体生产费用因此减少了17块9一台。
表3 后地板不同工艺材料利用率统计
▍原文作者:沈军奇1陈俊伟1蒋磊1 马培兵1袁璐1孙驰骋2
作者所属机构：东风本田汽车股份有限公司 新车型研发部门，东风模具冲压企业有限公司 模具业务部门
