CN116374009A - 轻量化侧围外板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻量化侧围外板的制造方法，其属于侧围外板技术领域。它解决了现有技术中传统侧围外板存在的轻量化效果差，成本高的缺陷。其包括以下步骤：S1：选取0.6mm厚度，340Mpa级烘烤硬化钢180H板材；S2：通过冲压工序形成侧围外板，并对侧围外板进行成形仿真分析；S3：通过仿真分析对侧围外板抗凹性能进行优化分析；S4：通过仿真验证确定侧围外板抗凹性能的薄弱部位，找出薄弱点；S5：将侧围外板的薄弱部位通过黏贴补强胶片进行加强。本发明主要用于侧围外板轻量化设计。
Description
技术领域
本发明属于侧围外板技术领域，具体地说，尤其涉及一种轻量化侧围外板的制造方法。
背景技术
随着排放法规和油耗限值的日益趋严，汽车轻量化得到主机厂越来越多的重视，特别对于新能源汽车，整车重量的降低可带来续航里程的显著提升，侧围外板为车身的最大的零部件，重量占比较高。
侧围外板尺寸大，对材料成型性能要求高且具有较高的抗凹性和刚度要求，现有的侧围外板的技术方案如下：大部分车企车门外板一般使用0.7mm厚DC06级别的软钢；部分中高端车型侧围外板使用厚度为1.0mm左右的6系铝合金；高端车型使用碳纤维侧围外板，以上三种侧围外板存在的优缺点为：
1、采用传统钢制车门外板(0.7mm厚DC06级别的低碳钢，屈服强度>110Mpa)，其优点为：成型性较好，表面质量高；但存在的缺点是：材料强度较低，侧围厚度较高，不利于轻量化，如在现有材料强度级别下降低厚度，侧围强度和抗凹性不能满足设计要求；
2、铝合金车门外板存在的缺点是：虽然相对钢制车门减重可达40％以上，但是成本高，且车门强度低；
3、碳纤维车门存在的缺点是：虽然强度高，轻量化效果好，但是成本极高。
因此，传统侧围外板轻量化效果差，成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种轻量化侧围外板的制造方法，其相对于传统侧围外板在满足强度及抗凹性的前提下实现减重14％，成本降低10％。
为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
一种轻量化侧围外板的制造方法，包括以下步骤：
S1：选取0.6mm厚度，340Mpa级烘烤硬化钢180H板材；
S2：通过冲压工序形成侧围外板，并对侧围外板进行成形仿真分析；
S3：通过仿真分析对侧围外板抗凹性能进行优化分析；
S4：通过仿真验证确定侧围外板抗凹性能的薄弱部位，找出薄弱点；
S5：将侧围外板的薄弱部位通过黏贴补强胶片进行加强。
优选地，所述步骤S2中冲压工序包括以下步骤：
S21：拉延；
S22：修边冲孔，工作内容为切边，为了便于排废料会将门洞、门槛和轮罩局部废料布置到后工序切除；
S23：修边翻边整形，切掉步骤S22的废料，并进行整形，对于铰链位置、下横梁区域以及B柱等变形复杂的局部区域进行二次整形；
S24：冲孔翻边，后轮罩、后灯区域为翻边区域；
S25：冲孔翻边切断，完成侧围外板剩余孔、边的成形。
优选地，所述步骤S2中对侧围外板进行成形仿真分析的步骤和输入的参数为：
S26：采用AUTOFORM软件，对零件进行成形工艺分析；
S27：采用CATIA软件，将零件数模导出为Igs格式，然后导入至AUTOFORM中；
S28：零件的有限元网格划分采用EPS11弹塑性壳单元类型，材料烘烤硬化钢，屈服强度为180～280MPa，抗拉强度为>340MPa，支撑类型为压力控制，压边力设置为2500kN，拉深行程为250mm，摩擦因数为0.15，冲压速度为120mm/s。
优选地，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：对抗凹试验在不同工况下车身侧围外板的变形数据进行分析，验证补强胶片对提升车身侧围外板的抗凹性能是否有明显效果；
S32：通过计算机辅助工程和试验数据，探讨模型简化和实际工况对CAE精度的影响，建立准确的抗凹基础模型CAE模型；
S33：采用有限元软件优化补强胶片的形状和位置。
优选地，所述步骤S3中侧围外板抗凹性能分析采用准静态，隐式求解，前后处理采用HyperWorks软件，侧围外板的材料为180H，弹性模量为E＝2.1×105GPa，泊松比为v＝0.345，密度ρ＝7.85×10 -9kg·mm-3，屈服极限为180MPa，抗拉极限为340MPa，通过仿真分析，验证了补强胶片的位置对侧围外板刚性的影响。
优选地，所述步骤S4的具体步骤为：
S41：通过仿真计算软件Abaqus，加载方式是冲头强制沿轴向位移5mm，并对车身截取断面进行全约束，输出结果包括加载反力和测点位移，提取反力要在工况为50N时测量此时的侧围外板位移量；
S42：测点和加载点之间保持15mm的距离；
S43：加载冲头模为D12mm柱状刚性壳体，通过仿真验证确定车身抗凹性的薄弱部位。
优选地，所述补强胶片为工字形结构。
优选地，所述补强胶片为3层复合材料，最上层为玻璃纤维骨架材料，中间是环氧树脂基材的粘接层，底层为防粘纸。
优选地，所述补强胶片的使用方法为：使用时揭去防粘纸，将其贴附于需补强的钢板表面，经电泳漆烘烤工序时粘接层固化，使得玻璃纤维、粘接层与钢材形成复合结构，增加钢板刚性、弯曲强度。
优选地，所述电泳漆烘烤工序的温度为180～215℃，烘烤时间为20min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、相对于传统侧围外板(材料级别DC06，厚度0.7mm)，在满足强度及抗凹性的前提下实现减重14％，成本降低10％左右，由于本发明的侧围外板厚度减薄0.1mm，相对于原厚度0.7mm，减重七分之一即14.3％，由于高强钢成本较原钢板有所增加，故成本降低10％左右；
2、现有的拉延存在不充分及侧壁拐角对应压料面具有起皱和开裂并存的风险，为解决以上风险并保证零件充分成形，通过步骤S21限制材料的流动，在压边圈上设置拉延筋可以解决上述问题；
3、通过步骤S22将闭合的废料切断为18块，本步骤S22切掉9块，且间隔切断，使得修边受力更加均匀，解决负角度问题；
4、通过步骤S23对于铰链位置、下横梁区域以及B柱等变形复杂的局部区域进行二次整形，保证了成型精度，避免出现起皱开裂等冲压问题；
5、通过步骤S24冲孔翻边，后轮罩、后灯区域为翻边区域，主要目的是侧整形，原则上后轮罩、后灯区域尽可能一次整形到位，但如果整形角度不一致或者局部需要压料整形时也可以先整前后两端、后整中间；
6、通过步骤S28成形仿真分析找出该侧围结构容易起皱开裂的位置，如门槛与B柱过渡区域，通过优化过渡圆角，并在冲压过程中控制拉延深度、压边力大小、冲压速度的配合设置，来减少风险区域起皱开裂的出现；
7、通过步骤S31验证不同工况下补强胶片对抗凹性能的影响，通过仿真找出影响最大的区域；
8、通过步骤S34优化确定补强胶片的形状及位置，使其达到使用最少材料达成最优的效果，从而降低材料成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明步骤S22中产品加工示意图；
图3为本发明步骤S23中产品加工示意图；
图4为本发明步骤S24中产品加工示意图。
图中：1、补强胶片。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种轻量化侧围外板的制造方法，包括以下步骤：
S1：选取0.6mm厚度，340Mpa级烘烤硬化钢180H板材，屈服强度>180Mpa；
S2：通过冲压工序形成侧围外板，并对侧围外板进行成形仿真分析；
S3：通过仿真分析对侧围外板抗凹性能进行优化分析；
S4：通过仿真验证确定侧围外板抗凹性能的薄弱部位，找出薄弱点；
S5：将侧围外板的薄弱部位通过黏贴补强胶片1进行加强。
本实施例通过冷冲压成形的具有一定特殊结构的侧围外板，为了弥补刚度和抗凹性能的下降，在薄弱部位使用补强胶片1进行加强。
实施例2：
一种轻量化侧围外板的制造方法，所述步骤S2中冲压工序包括以下步骤：
S21：拉延，并在压边圈上设置拉延筋；现有的拉延存在不充分及侧壁拐角对应压料面具有起皱和开裂并存的风险，为解决以上风险并保证零件充分成形，通过步骤S21限制材料的流动，在压边圈上设置拉延筋可以解决上述问题；
S22：如图2所示，修边冲孔，工作内容为切边，为了便于排废料会将门洞、门槛和轮罩局部废料布置到后工序切除，通过步骤S22将闭合的废料切断为18块，本步骤S22切掉9块，且间隔切断，使得修边受力更加均匀，解决负角度问题；
S23：如图3所示，修边翻边整形，切掉步骤S22的废料，并进行整形，对于铰链位置、下横梁区域以及B柱等变形复杂的局部区域进行二次整形，通过步骤S23对于铰链位置、下横梁区域以及B柱等变形复杂的局部区域进行二次整形，保证了成型精度，避免出现起皱开裂等冲压问题；
S24：如图4所示，冲孔翻边，后轮罩、后灯区域为翻边区域；通过步骤S24冲孔翻边，后轮罩、后灯区域为翻边区域，主要目的是侧整形，原则上后轮罩、后灯区域尽可能一次整形到位，但如果整形角度不一致或者局部需要压料整形时也可以先整前后两端、后整中间；
S25：冲孔翻边切断，完成侧围外板剩余孔、边的成形。
所述步骤S2中对侧围外板进行成形仿真分析的步骤和输入的参数为：
S26：采用AUTOFORM软件，对零件进行成形工艺分析；
S27：采用CATIA软件，将零件数模导出为Igs格式，然后导入至AUTOFORM中；
S28：零件的有限元网格划分采用EPS11弹塑性壳单元类型，仿真需要输入的参数为：材料烘烤硬化钢，屈服强度为180～280MPa，抗拉强度为>340MPa，支撑类型为压力控制，压边力设置为2500kN，拉深行程为250mm，摩擦因数为0.15，冲压速度为120mm/s；通过步骤S28成形仿真分析找出该侧围结构容易起皱开裂的位置，如门槛与B柱过渡区域，通过优化过渡圆角，并在冲压过程中控制拉延深度、压边力大小、冲压速度的配合设置，来减少风险区域起皱开裂的出现。
所述步骤S3包括以下步骤：
S31：侧围外板厚度减薄后局部刚度会下降，影响抗凹性能，为了加强车身侧围外板的抗凹性能，对抗凹试验在不同工况下车身侧围外板的变形数据进行分析，验证补强胶片1对提升车身侧围外板的抗凹性能是否有明显效果；
S32：通过计算机辅助工程(CAE)和试验数据，探讨模型简化和实际工况对CAE精度的影响，建立准确的抗凹基础模型CAE模型；
S33：采用有限元软件优化补强胶片的形状和位置。
所述步骤S3中侧围外板抗凹性能分析采用准静态，隐式求解(Abaqus/standard)，前后处理采用HyperWorks软件，侧围外板的材料为180H，弹性模量为E＝2.1×105GPa，泊松比为v＝0.345，密度ρ＝7.85×10 -9kg·mm-3，屈服极限为180MPa，抗拉极限为340MPa，通过仿真分析，验证了补强胶片1的位置对侧围外板刚性的影响。
所述步骤S4的具体步骤为：
S41：通过仿真计算软件Abaqus，加载方式是冲头强制沿轴向位移5mm，并对车身截取断面进行全约束，输出结果包括加载反力和测点位移，提取反力要在工况为50N时测量此时的侧围外板位移量；
S42：测点和加载点之间保持15mm的距离；
S43：加载冲头模为D12mm柱状刚性壳体，通过仿真验证确定车身抗凹性的薄弱部位。
所述补强胶片1为工字形结构。补强胶片1为3层复合材料，最上层为玻璃纤维骨架材料，中间是环氧树脂基材的粘接层，底层为防粘纸。
所述补强胶片1的使用方法为：使用时揭去防粘纸，将其贴附于需补强的钢板表面，经电泳漆烘烤工序时粘接层固化，使得玻璃纤维、粘接层与钢材形成复合结构，增加钢板刚性、弯曲强度。
所述电泳漆烘烤工序的温度为180～215℃，烘烤时间为20min。最后经过CAE仿真分析数据统计采用工字形补强胶片1可以有效提升局部刚度。其他部分与实施例1相同。
Claims (10)
1.一种轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：选取0.6mm厚度，340Mpa级烘烤硬化钢180H板材；
S2：通过冲压工序形成侧围外板，并对侧围外板进行成形仿真分析；
S3：通过仿真分析对侧围外板抗凹性能进行优化分析；
S4：通过仿真验证确定侧围外板抗凹性能的薄弱部位，找出薄弱点；
S5：将侧围外板的薄弱部位通过黏贴补强胶片(1)进行加强。
2.根据权利要求1所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中冲压工序包括以下步骤：
S21：拉延；
S22：修边冲孔，工作内容为切边，为了便于排废料会将门洞、门槛和轮罩局部废料布置到后工序切除；
S23：修边翻边整形，切掉步骤S22的废料，并进行整形，对于铰链位置、下横梁区域以及B柱等变形复杂的局部区域进行二次整形；
S24：冲孔翻边，后轮罩、后灯区域为翻边区域；
S25：冲孔翻边切断，完成侧围外板剩余孔、边的成形。
3.根据权利要求2所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中对侧围外板进行成形仿真分析的步骤和输入的参数为：
S26：采用AUTOFORM软件，对零件进行成形工艺分析；
S27：采用CATIA软件，将零件数模导出为Igs格式，然后导入至AUTOFORM中；
S28：零件的有限元网格划分采用EPS11弹塑性壳单元类型，材料烘烤硬化钢，屈服强度为180～280MPa，抗拉强度为>340MPa，支撑类型为压力控制，压边力设置为2500kN，拉深行程为250mm，摩擦因数为0.15，冲压速度为120mm/s。
4.根据权利要求3所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：
S31：对抗凹试验在不同工况下车身侧围外板的变形数据进行分析，验证补强胶片(1)对提升车身侧围外板的抗凹性能是否有明显效果；
S32：通过计算机辅助工程和试验数据，探讨模型简化和实际工况对CAE精度的影响，建立准确的抗凹基础模型CAE模型；
S33：采用有限元软件优化补强胶片的形状和位置。
5.根据权利要求4所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述步骤S3中侧围外板抗凹性能分析采用准静态，隐式求解，前后处理采用HyperWorks软件，侧围外板的材料为180H，弹性模量为E＝2.1×105GPa，泊松比为v＝0.345，密度ρ＝7.85×10-9kg·mm-3，屈服极限为180MPa，抗拉极限为340MPa，通过仿真分析，验证了补强胶片(1)的位置对侧围外板刚性的影响。
6.根据权利要求5所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述步骤S4的具体步骤为：
S41：通过仿真计算软件Abaqus，加载方式是冲头强制沿轴向位移5mm，并对车身截取断面进行全约束，输出结果包括加载反力和测点位移，提取反力要在工况为50N时测量此时的侧围外板位移量；
S42：测点和加载点之间保持15mm的距离；
S43：加载冲头模为D12mm柱状刚性壳体，通过仿真验证确定车身抗凹性的薄弱部位。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述补强胶片(1)为工字形结构。
8.根据权利要求7所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述补强胶片(1)为3层复合材料，最上层为玻璃纤维骨架材料，中间是环氧树脂基材的粘接层，底层为防粘纸。
9.根据权利要求8所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述补强胶片(1)的使用方法为：使用时揭去防粘纸，将其贴附于需补强的钢板表面，经电泳漆烘烤工序时粘接层固化，使得玻璃纤维、粘接层与钢材形成复合结构，增加钢板刚性、弯曲强度。
10.根据权利要求9所述的轻量化侧围外板的制造方法，其特征在于：所述电泳漆烘烤工序的温度为180～215℃，烘烤时间为20min。
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| CN117150970A (zh) * | 2023-10-27 | 2023-12-01 | 北京集度科技有限公司 | 白车身变形仿真分析方法、装置、电子设备及存储介质 |
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- 2023-03-27 CN CN202310306207.0A patent/CN116374009A/zh not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20230704 |
|
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