基于AutoForm的某车型前门铰链加强板的优化设计
摘要：根据零件特征，结合AutoForm分析结果，对前门铰链加强板及相关件的设计提出了优化建议，按照新的方案来设计，可以改善原方案冲压质量，提高材料利用率，降低工序、模具等的成本。
关键词：铰链加强板可成型性优化设计
1相关背景
汽车前门铰链加强板是前门的重要结构件之一，用于增加前门上下铰链及限位器安装面的强度，以保证前门的垂直刚度。根据加强板的结构，生产中会选用不同的冲压工艺（拉延或成型）。在产品设计前期进行冲压可成型性分析可以最大程度避免后期制造问题（开裂、起皱、回弹等）的发生，还可以更好的优化冲压工艺，降低废料率、工序、模具等制造成本。目前，行业内普遍采用AutoForm软件对钣金件进行冲压可成型性分析。
某车型在前期设计时，采用如图1所示的铰链加强板设计方案：上铰链加强板加强区域覆盖了限位器和后视镜的安装位置，下铰链加强板加强区域延伸覆盖了车门拐角区域。
2现有结构的冲压工艺及问题
2.1下铰链加强板的冲压工艺及问题
将下铰链加强板导入AutoForm进行可成型性分析。根据其结构及包络体体积，选择成型工艺，落料、成型、冲孔，3序可完成。成型性结果如图3所示。
存在问题：（1）料边线精度差：由于零件较小，铰链安装孔的角度不满足定位要求，只能采用边定位，定位准确性较低，导致零件料边线精度较差，最大偏差量在6mm。（2）零件起皱：从起皱云图可以看出，最大起皱值达0.278，超出要求值0.04约7倍。（3）材料利用率低：从排样结果上可以看到，两焊接支脚之间的废料较多，导致零件的材料利用率较低，仅69%。
2.2上铰链加强板的冲压工艺及问题
将上铰链加强板导入AutoForm进行可成型性分析。首先观察零件结构，确定冲压工艺。如图4所示，该上铰链加强板结构件集成了后视镜加强板和限位器加强板，因此两垂直面上均有较大深度的工作面（后视镜安装面约127mm，铰链安装面约144mm）。结合零件造型情况，此零件需要采用拉延工艺。铰链和限位器安装面较为平整，放在侧壁不易产生冲压负角，而后视镜安装面部分有较多台阶特征，如放在侧壁则会有较多冲压负角，故选择后视镜安装面法向为冲压方向。通常情况下，我们会采用左右件对称布置、共模生产的方案，如图5所示。根据零件结构，结合零件边线角度进行工艺规划，该零件需要至少4序成型：落料、拉延、修边+冲孔、侧修边+侧冲孔。
拉延工序采用零件自身法兰面作为压边圈基准面，完成如图5所示的模面设计。之后，需要对修边线进行检查，一般情况下正修边角度最大不应超过20°，否则修边毛刺会比较大，影响零件质量和使用性能。上铰链加强板的修边角度检查结果如图6所示，其中红色段修边角度均超过20°，不满足正修要求，需要进行侧修。
由于该零件有部分型面位于压边圈上，故计算时未设置拉延筋。经AutoForm计算后获得其可成型性结果如图7所示。
存在问题：（1）零件开裂：由于零件的拉延深度较大（约144mm），在不设置拉延筋的情况下，零件仍有多处位置开裂，其中以铰链安装位置附近的特征开裂较为严重。（2）表面起皱：受零件特征限制，和在拉延过程中不均衡的走料情况，导致零件多处起皱。（3）材料利用率较低：单件材料利用率不足50%；（4）侧修边区域过多，模具成本较高。
3设计优化方案
优化方案应解决的主要问题有：（1）解决零件成型过程中出现的起皱、开裂等表面质量问题；（2）提高材料利用率，降低板料成本；（3）优化冲压工艺，降低模具成本；（4）不增加零件数量。
提出的优化方案如下：
如图8所示，（1）将上铰链加强板沿红线所示拆分为件①后视镜加强板和件②上铰链加强板，同时切除件②上黄色阴影部分；（2）将下铰链加强板沿红色线切除件④部分，仅保留件③下铰链加强板部分，同时补出件③黄色阴影部分；（3）将件②与件③合并为一个件，即铰链加强板。
按上述分件方案重新设计，并优化各零件边界搭接后，得到如图9所示的最终方案，新方案共2个零件，后视镜加强板和铰链加强板。新方案的两个零件都有一个较为平整一致的主体面，主体面外连接的法兰边都较短，且各主体面都有可以作为冲压定位孔使用的零件孔，这样的零件制造难度明显降低。
3.1后视镜加强板可成型性分析
将后视镜加强板导入AutoForm进行可成型性分析，采用成型工艺，3序可完成：落料、成型、冲孔。成型性结果如图10所示，零件没有开裂风险，失效性远低于要求值，起皱风险在允许的范围内，且材料利用率提升至76.95%。
3.2铰链加强板可成型性分析
将铰链加强板导入AutoForm进行可成型性分析，采用成型工艺，3序可完成：落料、成型、冲孔，为保证后续有足够的调试余地，预留整形工位。成型性结果如图11所示，零件没有开裂风险，失效性远低于要求值，起皱风险在允许的