車門內(nèi)板沖壓工藝設計與成形分析

■ 楊誼麗

車門內(nèi)板是重要的車身覆蓋件，車門內(nèi)板與加強板及窗框焊接后形成車門內(nèi)板總成，再與車門外板包邊形成車門包邊總成。車門內(nèi)板法蘭面精度對包邊總成精度起到至關(guān)重要的作用，直接影響車門包邊總成與翼子板及側(cè)圍相匹配的間隙及表面質(zhì)量。車門內(nèi)板上安裝有內(nèi)飾板、密封膠條、門鎖、玻璃升降器等，孔位多達七十余個，焊接面及安裝面較多，因此，車門內(nèi)板的孔位、型面精度對整個車門的功能性影響重大。車門內(nèi)板拉深深度深，且多為激光拼焊板，成形條件極為嚴苛，模具調(diào)試周期較長。左右車門內(nèi)板三維數(shù)模如圖1所示。

圖1 車門內(nèi)板

1. 工藝設計

工藝設計主要對產(chǎn)品件進行初步工序排布和結(jié)構(gòu)布局，核算坯料尺寸、模具尺寸及機床噸位，并體現(xiàn)在工藝規(guī)劃書中。

（1）沖壓方向 在進行工藝設計時首先要確定沖壓方向，拉深模沖壓方向的確定尤為重要，因為其關(guān)系到拉深模面的補充和零件表面質(zhì)量品質(zhì)。車門內(nèi)板零件形狀規(guī)則，各處拉深深度基本一致，因此其沖壓方向為車身坐標系的Y向。

（2）工序排布 該車門為分體式車門，可以采用左右合模拉延，既能提高材料利用率還能提高生產(chǎn)效率。因車門拉深深度較深，側(cè)壁及凸模圓角極易產(chǎn)生開裂、暗傷，同時為便于法蘭面精度調(diào)試的方便性，在拉深和修邊工序后安排對全周法蘭面的整形，整形量10mm。該車門內(nèi)板工序排布內(nèi)容為：拉深→切邊/沖孔→整形→沖孔/側(cè)沖孔/分切。整形量示意如圖2所示，整形區(qū)域示意如圖3所示。

（3）坯料尺寸 在零件長度和寬度方向上分別選取線長最長截面，如圖4所示，測量A、B、C值，并按照如下公式計算坯料長度和寬度：L（W）=A+B+C+E+D+20，其中E=5～7mm，D=20～30mm。

測量零件長、寬、高尺寸后預估坯料尺寸，長度1020mm，寬度770mm，高度90mm。坯料長度L=2×零件寬度+2×零件高度+分切距離+工藝補充長度=2×770+2×90+40+120=1880（mm）；坯料寬度W=零件長度+2×零件高度+工藝補充長度=1080+2×90+160=1420（mm）。最終得到車門內(nèi)板坯料尺寸為1880mm×1420mm。

（4）模具尺寸 根據(jù)坯料尺寸和各工序內(nèi)容計算各工序模具尺寸，計算方法可參考附表。

2. 工藝審查

對車門內(nèi)板三維數(shù)模的沖壓工藝性進行分析，對其成形性、生產(chǎn)性、經(jīng)濟性、品質(zhì)及模具結(jié)構(gòu)強度進行分析確認，并針對發(fā)現(xiàn)的問題提交《工程變更申請單》（ECR）給產(chǎn)品設計人員。

如圖5左所示揚聲器安裝孔a距離拼焊縫距離太近，拉深后孔很可能落在拼焊縫上影響孔的安裝，因此孔a需要向遠離拼焊縫的方向移動5mm，使其距離拼焊縫的距離大于25mm。如圖5右所示凸模R角局部型面變化急劇，拉深易開裂，需要將圓角過渡光順，避免局部凸點。

圖2 整形量示意

圖3 整形區(qū)域示意

圖4

圖5 ECR

模具尺寸計算

3. 品質(zhì)標準制定

品質(zhì)標準文件對零件定位系統(tǒng)、測量方式、測量公差進行定義，是指導模檢具設計開發(fā)和測量文件編制的的基礎(chǔ)文件。

車門內(nèi)板定位系統(tǒng)示意如圖6所示，采用2個定位孔和4個定位面定位，主定位孔控制X向，次定位孔控制Z向，定位面A1-A4控制Y向。車門內(nèi)板單件定位系統(tǒng)與焊接總成及包邊總成定位系統(tǒng)一致，保證沖壓、焊接、包邊工序定位及檢測定位的一致性，避免累積誤差的產(chǎn)生。

如圖7所示，包邊面1、包邊面3包邊后分別與翼子板及后門配合，其面差精度直接影響外觀匹配質(zhì)量的好壞，因此除了控制面差為－0.5～+0.5mm，還需要控制每條包邊面的極差不超過0.5mm。包邊面3與側(cè)圍門檻配合，產(chǎn)品設計時通常車門下部和側(cè)圍門檻會存在段差，因此，只需要控制包邊面3的面差為–0.5～+0.5mm，而不需要控制極差。該車門為分體式車門，門框通過點焊和弧焊與車門內(nèi)板總成連接，圖7A、B區(qū)為弧焊區(qū)，弧焊區(qū)為U形面，該區(qū)域與門框匹配精度要求較高，若U形面開口較小則門框放不到位，影響門框面差；若U形面開口較大則弧焊量大，弧焊變形嚴重，也會影響窗框面差，因此門框弧焊面面差設置為–0.3～+0.3mm。

4. 壓料面與工藝補充面設計

合理的壓料面形狀可以確保拉深過程板料不開裂、不起皺，壓料面是決定拉深質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，壓料面形狀的確定應遵循如下原則：

壓料面盡量為平面，但有時為了降低拉深深度，壓料面通常會做成曲面，曲率應盡量大，且盡量為單曲率曲面。

壓料面應低于零件內(nèi)部的最低點，否則壓料面閉合之前凹模會先接觸坯料導致定位不穩(wěn)，壓料面起不到壓料作用。

壓料面形狀與凸模形狀盡量接近，且壓料面的展開長度要比凸模展開長度短，使坯料在拉深過程中始終處于拉伸狀態(tài)，否則在壓料面閉合過程就會出現(xiàn)多料現(xiàn)象，產(chǎn)生無法根治的起皺問題。

圖6 車門內(nèi)板定位系統(tǒng)

圖7 車門內(nèi)板關(guān)鍵面示意

以工藝規(guī)劃所確定的沖壓方向為基礎(chǔ)進行車門內(nèi)板壓料面設計，車門內(nèi)板屬于典型的帶法蘭盒形件，各處拉深深度基本一致，因此壓料面也近似于平面，為了盡量降低拉深深度，壓料面到零件法蘭面的深度要小于25mm。

在設計工藝補充面前需要將件上的孔進行填充，把翻邊和負角區(qū)展開以滿足修邊條件，然后便可添加工藝延伸面。工藝延伸面位于凸模輪廓線以內(nèi)，延伸面?zhèn)缺谝幸欢ǖ陌文＝?，且過渡光順，工藝延伸面與壓料面一起統(tǒng)稱為工藝補充面。工藝補充面在拉深后要被切掉，為了提高材料利用率工藝補充面的面積應盡量小。

設計車門內(nèi)板工藝補充面時左右件合拼部位最小間距取20mm，門檻部位修邊余量按照滿足修邊刀強度盡量取最小值5mm，車門前側(cè)及后側(cè)因合拼部位為了防止拉深起皺，余肉做得較寬，為了保證凸模輪廓線平順，因此車門前側(cè)及后側(cè)修邊余量取30mm。圖8為用UG6.0建立的車門內(nèi)板模面圖。

5. CAE模擬分析

在拉延模面設計完成后需進行CAE模擬分析，通過分析結(jié)果判斷零件成形性及模面設計的合理性。將用UG6.0建立的尾門外板幾何模型以IGS格式導出，然后將其導入到Autoform軟件中生成凸凹模和壓邊圈工具體。壓邊力由經(jīng)驗公式F=LK計算，式中L為凸模輪廓線長度，K為系數(shù)，為經(jīng)驗值，取K=200kN，經(jīng)計算得到壓邊力大小為1216kN。將計算坯料尺寸作為初始坯料尺寸，設置材質(zhì)為DC56D ZF 45/45。該車門內(nèi)板為激光拼焊板，薄厚板料成形速度不一致，薄料區(qū)更易起皺，因此在厚料區(qū)設置單拉深筋，薄料區(qū)設置雙拉深筋，如圖9所示。車門內(nèi)板拉深深度較深，門檻后側(cè)凸模圓角距離分模線較遠，拉深過程易在凸模圓角及側(cè)壁處形成開裂現(xiàn)象，因此在拉深過程設置刺破刀，與到底前10mm開始刺破。

車門內(nèi)板CAE分析結(jié)果如圖9所示，從分析結(jié)果來看成形狀態(tài)良好，產(chǎn)品無明顯起皺趨勢，僅在薄厚料交界處的薄料區(qū)側(cè)壁存在過度減薄，減薄率最大33%，可以在調(diào)試過程中通過調(diào)整拉深筋阻力及提升模具表面粗糙度加以改善。

圖8 車門內(nèi)板模面

圖9 CAE分析結(jié)果

6. 結(jié)語

車門內(nèi)板作為難度系數(shù)較高的車身覆蓋件之一，其面品質(zhì)量和精度對整車質(zhì)量具有重大影響，通過前期合理的工藝規(guī)劃、充分的工藝審查、反復的模擬分析與模面優(yōu)化，能夠有效縮短調(diào)試周期、降低調(diào)試難度。在實際調(diào)試過程中，各工序品質(zhì)良好，沖壓件精度檢測達標，滿足包邊及整車匹配要求，目前該車門內(nèi)板已進入批量生產(chǎn)階段。