门板是汽车覆盖件中重要的主体零件，其冲模的开发是汽车制造企业和模具厂商关注的难点之一。目前，很多模具工作人员都面临着模具调试过程中板料定位与设计不符的问题，主要表现为拉深模定位安装台按理论尺寸加工，经现场调试后需二次返工，重新更改定位位置。二次返工不仅会延长现场调试周期，同时也加大了模具制造成本。因此，如何提高拉深定位设计一次合格率，是模具企业亟待解决的问题。

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问题描述与原因分析

问题描述

拉深模定位设计是基于CAE分析结果，拉深成形的状态决定了模具定位设计。由于实际模具调试中，模具原来设计的定位系统不能对拉深板料起到有效定位作用，导致板料偏移、调试状态不稳等问题。

图1 某车型背门内板拉深CAE分析结果

图2 某车型背门内板拉深模定位设计

图1所示为某车型背门内板拉深成形的CAE分析结果，拉深成形后料边到拉深筋距离为36.6mm。考虑进料量，模具定位设计时拉深筋距离定位台50mm，如图2所示。然而实际调试发现，拉深成形后的板料尺寸过大不适合调试，原模具定位设计不能满足实际要求。因此，实际定位尺寸向前延伸30mm，重新加工定位，拉深筋距离定位台20mm，如图3所示。同时，减小调试板料料边到拉深筋距离为5mm，定位问题得到解决，如图4所示。

图3 某车型背门内板拉深模实际定位尺寸

图4 某车型背门内板拉深实际料边尺寸

原因分析

针对门板类制件拉深模定位安装台出现二次加工现象，通过实际跟踪调查，对背门内板模具二次加工原因进行了分析。其中开裂起皱、预留料边、实际材料流入状况等因素是导致定位问题的直接原因。

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开裂起皱：CAE模拟阶段时发现有轻微开裂、起皱现象，最初分析时预估风险点在现场可调的范围内，但未考虑到后期现场在解决这些问题时造成加快或减缓材料流动，导致定位安装台二次加工。

图5 某车型前门内板CAE分析结果

图5所示为某车型前门内板CAE分析结果，图5中各点为开裂风险点，局部减薄率较大，超出CAE开裂判定标准值25%，成形后坯料到拉深筋距离为10mm。现场初期调试有开裂现象，后因解决开裂，将板料尺寸缩小，使坯料流入到凸模侧壁（见图6），板料尺寸缩小，从而造成定位二次加工。

图6 某车型前门内板实际成形状态

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预留料边：在CAE分析阶段，控制材料利用率的坯料点到拉深筋距离各不相同，现场调试时，因板料过大或过小需要重新调整板料尺寸，导致定位安装台二次加工。背门内板CAE分析时材料利用率控制点距离拉深筋有36.6mm（见图1），后期现场调试时发现只需要5mm（见图4），板料过大，浪费严重，导致了定位安装台二次加工。

图7 虚拟筋模拟结果

图8 实际筋模拟结果

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实际材料流入状况：在现场调试发现，普遍存在实际材料流入情况与CAE状态差别较大。图7、图8所示为某背门外板虚拟筋与实际筋的分析结果，在压边力、摩擦因数、冲压速度等条件一致的情况下，虚拟筋模拟显示料边距离拉深筋8mm，而真实筋模拟显示距离为50mm，差距较大。造成这种差距的原因在于：①采用虚拟筋分析时，考虑了10mm料边的安全量，防止实际调试板料尺寸偏小；②虚拟筋不能考虑实际筋槽内部分板料对料边的影响；③软件摩擦因数对应的计算中阻力值存在差别；④虚拟筋在实体筋转换时存在误差，这是导致实际成形中的材料流入与虚拟筋结果差异的原因。

虚拟筋对成形性评估显示无风险，而用实际筋模拟发现成形开裂，材料流入量与虚拟筋也不一致。实际中这种差别更为明显，为了解决成形性问题而更改板料尺寸，这就导致定位设计失效，定位安装台需要二次加工。

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基于CAE精算优化设计

根据上述原因分析可知，由于拉深成形中出现的开裂起皱、材料流入问题导致定位不稳，最后需要重新加工定位安装台。如何解决定位安装台的二次返工、提高定位合格率，还需要从CAE模拟阶段去解决。针对拉深开裂、起皱、料边等问题，提出在CAE阶段利用Dynaform软件去模拟实际拉深状态，指导模具定位设计。

Dynaform软件采用通用显示动力为主、隐式为辅的LS-DYNA求解器，可以根据实际模具状态与分析要求用户自定义模拟条件参数，准确地反应实际成形、回弹及板料流动的状态。为了准确模拟真实筋对材料流动的影响，需要保证成形完成后坯料在拉深筋范围内保证3~5个网格单元，计算条件参数如表1所示。

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基于实际筋成形性模拟

工艺设计时采用实际筋，CAE阶段利用实际筋进行模拟分析，可以有效避免开裂、起皱风险。图9所示为某门内板基于Dynaform的精算分析结果，图9所示椭圆区域为实际筋分析存在的开裂风险，而精算结果与实际状态（见图10）一致，解决了由风险评估不足造成的拉深定位安装台的二次加工问题。

图9 某车型门内板Dynaform精算分析结果

图10 某车型门内板现场实际状态

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基于实际筋的拉深料边控制

CAE精算可以避免成形风险的同时，还可以有效模拟实际材料流入状态。通过实际验证，设定CAE判定标准要求，拉深后材料利用率控制点的料边到拉深筋距离需要控制在5~10mm，可以有效保证实际调试时板料状态与CAE精算结果一致。图11所示为某前门外板基于Dynaform精算的料边状态，图11所示部位料边距离拉深筋为8mm，与实际拉深状态一致（见图12）。

图11 某车型前门外板基于Dynaform精算的料边状态

图12 某车型前门外板实际料边状态

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基于精算结果的拉深定位优化设计

根据精算得到的拉深成形料边，结合重力状态下的板料指导模具定位设计。图13所示为某前门外板的模具定位设计，从图12可以看出该件的实际定位效果良好。

图13 某车型前门外板的模具定位设计

现场拉深成形中的开裂起皱、预留料边不准、实际材料流入与CAE结果不一致等因素是导致定位安装台需要二次加工的直接原因。解决拉深定位问题是运用CAE的手段控制拉深成形的整个过程。CAE分析的过程实际上就是模拟现场模具调试的过程，其在板料成形性工艺分析上的准确率得到了实践证明。基于CAE精算的拉深定位优化设计，就是从拉深成形性、拉深材料流入2个方面去寻图13某车型前门外板的模具定位设计求与实际相一致的定位设计方法。实际应用表明：优化后的模具设计能够有效提高拉深定位的有效性，减少定位安装台的二次加工次数，从而降低模具设计开发周期和制造成本，对其他类型汽车覆盖件的模具定位设计具有参考作用。

▍原文作者：付再兴

▍作者单位：奇瑞汽车股份有限公司