轎車車身側(cè)圍外板B柱表面沖壓缺陷的調(diào)整（上）

文/劉勇·奇瑞捷豹路虎汽車有限公司

轎車車身側(cè)圍外板B柱表面沖壓缺陷的調(diào)整（上）

文/劉勇·奇瑞捷豹路虎汽車有限公司

側(cè)圍外板是轎車車身覆蓋件中最為關(guān)鍵的零件，具有外形復(fù)雜(多為空間曲面)多變、高差大、成形困難等特點(diǎn)。本文主要分析了轎車車身側(cè)圍外板B柱上部區(qū)域拉延成形時(shí)的受力情況及B柱上部暗坑缺陷產(chǎn)生的原因，并針對(duì)沖壓缺陷改進(jìn)了模具制作工藝，通過整改模具使其滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，希望對(duì)沖壓工藝人員有一定的幫助和指導(dǎo)作用。

目前對(duì)于汽車制造廠家來說，汽車的整車性能和汽車的外觀質(zhì)量顯得尤為重要。眾所周之，側(cè)圍外板是汽車零部件(尤其是覆蓋件)中制作工藝非常復(fù)雜的制件，隨著人們對(duì)整車質(zhì)量要求的越來越高，整車廠對(duì)該制件的表面質(zhì)量、尺寸和形狀、剛性、工藝性等方面提出更高的要求。不管在調(diào)試階段還是在沖壓生產(chǎn)階段，由于受模具的設(shè)計(jì)工藝和模具調(diào)整師的動(dòng)手及調(diào)試能力等因素的影響，側(cè)圍外板或多或少都出現(xiàn)不同程度的缺陷而制約其生產(chǎn)質(zhì)量。下文以C303車型側(cè)圍外板B柱上部暗坑的缺陷為例，分析缺陷產(chǎn)生的原因，并給出相應(yīng)的解決措施。

側(cè)圍外板的特點(diǎn)分析

轎車普遍采用整體側(cè)圍結(jié)構(gòu)（圖1），這種設(shè)計(jì)具有尺寸精度高、節(jié)約材料、降低工時(shí)和生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)，并且在前期生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)，設(shè)備和工裝投入費(fèi)用少。但由于整體側(cè)圍結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在圖1所示的方框區(qū)域（以下稱B柱區(qū)域），成形時(shí)易產(chǎn)生各類缺陷，如凸凹、開裂、起皺、沖擊線等，對(duì)缺陷的工藝調(diào)整（模具、設(shè)備、材料）也較復(fù)雜。

圖1 側(cè)圍外板零件圖

側(cè)圍外板表面質(zhì)量要求

側(cè)圍外板是汽車眾多覆蓋件的連接體，同時(shí)具有覆蓋件與內(nèi)飾件的特點(diǎn)，日系車企中側(cè)圍外板沖壓工藝流程一般為：拉延成形、修邊斜楔→修邊沖孔→整形、修邊斜楔→翻邊、沖孔斜楔→翻邊5個(gè)工序。由于零件形狀復(fù)雜，材料流動(dòng)多方向，易造成各種缺陷，如何控制各方向的材料流入量、掌握各方向材料流入對(duì)缺陷的影響也是非常困難的。側(cè)圍外板要求表面平滑、棱線清晰，不允許有沖擊線、皺紋、劃傷、拉毛等表面缺陷，其表面質(zhì)量按可見與否，分為3類表面(圖2)：外觀表面、開門后外露表面、非外觀表面。3種表面的表面質(zhì)量要求各不相同，其中以外觀表面要求最高，而B柱區(qū)域表面質(zhì)量的好壞則取決于外板拉延的結(jié)果。

圖2 側(cè)圍表面類型分類

側(cè)圍外板裝配關(guān)系

與側(cè)圍外板存在裝配關(guān)系的零件主要有：左右翼子板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板、前風(fēng)窗、頂蓋、前后車門總成、前后地板(內(nèi)飾件)、加油蓋、尾燈、行李廂外板、密封條等等(圖3)。這些裝配關(guān)系非常復(fù)雜，有的是點(diǎn)焊關(guān)系，有的是螺釘連接關(guān)系，有的還有密封要求，幾乎所有非外觀面都有裝配和密封要求。側(cè)圍外板B柱區(qū)域正處在前后門兩個(gè)覆蓋件的搭接區(qū)域，搭接的空間曲面必須一致，銜接處也是如此，故對(duì)制件要求就更高。

圖3 側(cè)圍與其他零件裝配關(guān)系

側(cè)圍外板精度要求

由于側(cè)圍外板同時(shí)具有覆蓋件與內(nèi)飾件的特點(diǎn)，因而對(duì)不同部分的要求各不相同，根據(jù)裝配和表面質(zhì)量要求，側(cè)圍外板與其他搭接制件的匹配精度要求較高，對(duì)于側(cè)圍外板這種長(zhǎng)度達(dá)3.7m的零件，要求裝配公差很小，具體以GD&T中的公差為準(zhǔn)。側(cè)圍外板匹配精度要求見表1。

側(cè)圍外板B柱表面缺陷產(chǎn)生原因

側(cè)圍外板在每款車型中B柱上部都易出現(xiàn)表面波浪，凸凹不平的沖壓缺陷，圖4為某車型側(cè)圍外板B柱沖壓缺陷。此缺陷主要影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，同時(shí)也相應(yīng)影響前后門裝飾條的安裝精度。

側(cè)圍B柱“T形”成形機(jī)理分析

從圖4可以看出，側(cè)圍B柱上方是一個(gè)“T形”結(jié)構(gòu)，而且該部位形狀變化急劇，這種急劇的形狀變化導(dǎo)致此處材料流動(dòng)復(fù)雜，因此，這種部位最易產(chǎn)生凸凹和開裂現(xiàn)象。下面就側(cè)圍B柱上方的成形特點(diǎn)進(jìn)行分析。零件在成形的初始階段，材料主要從3個(gè)方向進(jìn)料（圖5）。由于受到產(chǎn)品“T形”形狀的影響，材料在成形的初期就會(huì)在B柱上方表面發(fā)生材料過剩，引起凸凹變形，隨著成形的不斷加深，多余材料不斷吸收，最終過剩的材料不能被零件的形狀完全吸收，造成其表面產(chǎn)生凸凹。

此部位材料主要受到拉延時(shí)內(nèi)外側(cè)壓邊圈的摩擦力，成形時(shí)材料流動(dòng)的擠壓應(yīng)力及凸模對(duì)材料徑向拉應(yīng)力。形狀變化越急劇，在表面聚集的材料就越多。加大壓邊力雖然可以減少初期材料在表面的聚集，但是會(huì)阻礙材料的流動(dòng)造成開裂。另外，材料在3個(gè)方向進(jìn)料時(shí)的不合理性和在成形過程中3個(gè)方向吸收材料的不均勻性，也是使材料在表面聚集，造成零件表面凸凹。當(dāng)成形達(dá)到一定深度時(shí)，受到上模形狀的影響，開始吸收在零件表面聚集的材料，但由于不能完全吸收，因而在最終的成形件上出現(xiàn)凸凹。

表1 側(cè)圍外板匹配精度要求

圖4 B柱上部表面波浪，凸凹不平

圖5 側(cè)圍外板B柱拉延成形材料流動(dòng)示意圖

影響B(tài)柱表面凸凹的因素分析

圍繞圖5所示A點(diǎn)取出一個(gè)微?。ㄕ┝骟w（即所謂單元體），如圖6所示，用該單元體上三個(gè)相互垂直面上的九個(gè)應(yīng)力分量來表示。根據(jù)塑性變形中的最小阻力定律，在材料的塑性變形中，破壞了金屬的整體平衡而強(qiáng)制金屬流動(dòng)，當(dāng)金屬質(zhì)點(diǎn)有向幾個(gè)方向移動(dòng)的可能時(shí)，它向阻力最小的方向移動(dòng)。

圖6 側(cè)圍外板B柱A點(diǎn)拉延成形材料受力示意圖

通過應(yīng)力應(yīng)變分析，基本找到解決問題的方向，但對(duì)哪些成形條件進(jìn)行改善，可以達(dá)到降低壓應(yīng)力對(duì)材料的作用，還需要通過分析模具的具體特點(diǎn)以及做工藝試驗(yàn)才能確定下來。從上述的分析結(jié)果，并結(jié)合模具的構(gòu)造和工藝調(diào)整參數(shù)來看，影響壓應(yīng)力作用的因素，也就是影響零件表面凸凹缺陷的因素有以下9個(gè)方面。

⑴設(shè)備精度及上滑塊的壓力變化。

⑵氣墊壓力的大小及壓力變化。

⑶托桿長(zhǎng)度一致。

⑷上下模具的研合率。

⑸平衡塊布置的合理性。

⑹拉延筋的布置及形狀。

⑺材料的機(jī)械特性值。

⑻平衡塊調(diào)整的合理性。

⑼拉延筋的松緊程度。

劉勇，模具工藝高級(jí)工程師，主要負(fù)責(zé)沖壓模具的生準(zhǔn)開發(fā)與管理工作，曾獲得中國(guó)機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)科技成果二等獎(jiǎng)，奇瑞捷豹路虎汽車有限公司首屆模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

《轎車車身側(cè)圍外板B柱表面沖壓缺陷的調(diào)整》（下）見《鍛造與沖壓》2018年第2期