SUV汽車后背門外板尾燈匹配面起皺反彈解決方案

底曉煒，劉君君，李 錦

奇瑞商用車（安徽）有限公司（安徽蕪湖 241009）

1 引言

圖1 實(shí)物車型照片

SUV汽車因具有硬朗威武的外觀、更寬闊的視野、更大的使用空間及安全性等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到現(xiàn)代消費(fèi)者的喜愛，各個(gè)主機(jī)廠都在大力開發(fā)SUV車型來(lái)占據(jù)市場(chǎng)。然而在車型開發(fā)中有很多的技術(shù)難題困擾、阻礙著研發(fā)工作，即使是在新項(xiàng)目車型在量產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題也無(wú)法真正的解決，給車型帶來(lái)一定的質(zhì)量影響。

后背門外板在整個(gè)汽車車身的36個(gè)大要件中屬于非常重要的制件，后背門外板在整車車身匹配中與很多制件發(fā)生匹配關(guān)系。如圖1所示，如側(cè)圍、后背門下外板、后保險(xiǎn)杠、尾燈安裝板、尾燈塑料件，尤其是與尾燈安裝板匹配面，如圖2所示，在整車匹配中該區(qū)域是匹配焦點(diǎn)。如匹配面起皺不平，因縫隙過(guò)大造成焊接時(shí)電火花飛濺，容易造成安全事故；因后背門外板尾燈匹配面區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)起皺、反彈等A類缺陷，給單件的整改、分總成的焊接、整車的AUDIT帶來(lái)非常大的影響。

圖2 后背門外板與尾燈安裝板匹配圖

2 起皺、反彈原因分析

后背門外板模具正常的一般是在工序OP20修沖結(jié)束后，OP30整形工序?qū)υ撝萍矡羝ヅ涿孢M(jìn)行整形工藝處理，由于在工藝初期未能對(duì)該序模具尾燈整形區(qū)域進(jìn)行有效的反彈補(bǔ)償模擬，同時(shí)制件的特殊形狀（月牙形且弧長(zhǎng)較長(zhǎng)），在整形過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)收聚料現(xiàn)象，即起皺現(xiàn)象；再加上該制件月牙弧上有一個(gè)R1.8mm的二層臺(tái)階，讓本來(lái)就起皺的弧面產(chǎn)生了反彈現(xiàn)象。

因尾燈安裝板匹配面起皺、反彈現(xiàn)象在OP30整形工序已產(chǎn)生，雖然后續(xù)模具的工作內(nèi)容中包含整形內(nèi)容，但是無(wú)法對(duì)此處狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合公司相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，最終的單件狀態(tài)顯然不能滿足制件的質(zhì)量要求。如圖3所示單件狀態(tài)、圖4所示焊接后狀態(tài)、圖5所示三坐標(biāo)對(duì)單件檢測(cè)標(biāo)定結(jié)果。

圖3 單件實(shí)物照片——制件起皺

圖5 單件實(shí)物三坐標(biāo)標(biāo)定圖示——制件反彈

在現(xiàn)有的模具結(jié)構(gòu)上，后背門外板的尾燈整形內(nèi)容集中在OP30模具上，前期SE分析結(jié)果中產(chǎn)品未出現(xiàn)回彈及較大起皺問(wèn)題，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中制件出現(xiàn)較大的反彈及起皺現(xiàn)象，反彈量最大為3.69mm，同時(shí)尾燈安裝板匹配面起皺較大。通常在整形后不會(huì)出現(xiàn)如此大的問(wèn)題，然而在此案例中，制件的形狀造型（多一個(gè)2層臺(tái)階）是導(dǎo)致制件反彈的主要原因，如圖6所示。

此處2層臺(tái)的R角為R1.8mm，因此處R角較小造成制件成形過(guò)程中受到較大力的影響，模具到底回程后，R角根部將釋放大部分成形力，同時(shí)OP30側(cè)整形的翻邊角度不夠，所以才會(huì)出現(xiàn)制件反彈問(wèn)題。

3 確定方案

通過(guò)圖7、圖8、圖9、圖10的數(shù)據(jù)模擬可以明顯看出，制件的皺在到底前2mm時(shí)未出現(xiàn)，完全到底后出現(xiàn)起皺，后續(xù)的模具也無(wú)法通過(guò)整形工作修復(fù)該缺陷。如果想通過(guò)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和工藝度來(lái)改善起皺的問(wèn)題，基本上很難實(shí)施。因此，該區(qū)域的起皺問(wèn)題只能通過(guò)更改現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)、工藝來(lái)優(yōu)化改善。

圖4 焊接總成實(shí)物照片——制件起皺

圖6 后背門外板尾燈安裝面二層臺(tái)階造型（制件數(shù)據(jù)與模具數(shù)據(jù)）

圖7 到底前10mm狀態(tài)

圖8 到底前5mm狀態(tài)

圖9 到底前2mm狀態(tài)

圖10 完全到底后狀態(tài)

由于制件造型為內(nèi)收聚料（圖11箭頭模擬走料角度方向），在生產(chǎn)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，最嚴(yán)重的就是圖11中A、B、C位置，最好的辦法就是在該區(qū)域開幾個(gè)工藝缺口，如圖12所示，這樣就會(huì)避開板料在成形過(guò)程中重度聚料的區(qū)域造成制件疊料、起皺現(xiàn)象，同時(shí)鉗工整改工作量降到最低，但是與我公司產(chǎn)品溝通交流后了解到此處如若增加工藝缺口后，制件的強(qiáng)度將會(huì)受到很大的影響，對(duì)裝車性能及安全有影響，故此方案無(wú)法實(shí)施。

圖11 尾燈匹配面成形時(shí)走料方向

圖12 開工藝缺口后的產(chǎn)品圖

OP30工序模具為側(cè)整形，主要對(duì)板件的尾燈匹配面、拍照區(qū)域進(jìn)行整形工作。從原成形工藝看，OP30工序整形的作用是上模壓料板壓住制件以后，整形驅(qū)動(dòng)塊受力后至驅(qū)動(dòng)壓死（到底）狀態(tài)，此時(shí)制件R角、型面到底成形（理想狀態(tài)），因該制件的二層臺(tái)R角只有R1.8mm，成形到底壓料芯回程后，制件由于有彈性回彈，造成制件反彈。

實(shí)際成形時(shí)，過(guò)拉伸設(shè)計(jì)中多余的材料在整形刀塊的作用下向下流動(dòng)，而壓料板和下模托料力不足嚴(yán)重影響了材料繼續(xù)流動(dòng)。因此，在壓料板與整形刀塊接觸的部位產(chǎn)生嚴(yán)重積料現(xiàn)象。聚集的材料在模具壓力作用下發(fā)生堆積硬化，無(wú)法在OP30工序側(cè)整形時(shí)充分成形釋放，或留有很深的疊料痕跡，導(dǎo)致制件尾部出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。

4 工藝優(yōu)化

4.1 起皺問(wèn)題整改

由上述分析可知，制件尾燈匹配面起皺的直接原因是OP30工序下模托料力不夠，造成上模鑲塊成形過(guò)程中板料流動(dòng)速度過(guò)快從而形成起皺，在通過(guò)結(jié)構(gòu)不斷的優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)，在OP30下模腔中增加一個(gè)托料芯以增加托料力防止板料快速流動(dòng)，重點(diǎn)改變下模塊和壓料板造型及壓料范圍，使多余的材料在成形過(guò)程中平緩延展而避免集中在某一小范圍內(nèi)，即可改善上述起皺缺陷，如圖13所示。

圖13 下模增加托料芯前后的結(jié)構(gòu)對(duì)比a——增加托芯前 b——增加拖芯后1.凸模基準(zhǔn) 2.制件 3.上模整形鑲塊4.新增托料芯 5.下?；鶞?zhǔn) 6.上模整形鑲塊

4.2 反彈問(wèn)題整改

前面已介紹到該制件造成反彈的原因是2層臺(tái)R角過(guò)小，制件受力后彈性回彈量大，同時(shí)翻邊角度不夠造成整形效果差，在通過(guò)SE的數(shù)據(jù)模擬得出在現(xiàn)有模具翻邊結(jié)構(gòu)上（現(xiàn)翻邊角度為55°）進(jìn)行補(bǔ)償整改，并計(jì)算出降低6°為最佳效果（整改后翻邊角度為49°），如圖14所示模具翻邊角度更改、圖15所示SE模擬翻邊反彈量、圖16所示模具斜鍥更改。

圖14 翻邊角度通過(guò)計(jì)算調(diào)整為49°

圖15 SE模擬翻邊反彈量

圖16 OP30模具斜鍥角度更改

5 整改效果確認(rèn)

采用AUTOFORM軟件對(duì)我司X95項(xiàng)目后背門外板尾燈匹配面優(yōu)化后的成形工藝進(jìn)行模擬應(yīng)用，結(jié)果如圖17所示，所有整改區(qū)域變薄率都在允許范圍以內(nèi)。

圖17 優(yōu)化后有限元分析變薄率

后背門外板在成形工藝優(yōu)化后未出現(xiàn)起皺、反彈現(xiàn)象，變薄情況滿足CAE相關(guān)技術(shù)要求，起皺缺陷、反彈的改善在理論上取得了滿意的效果。模具結(jié)構(gòu)根據(jù)優(yōu)化后的成形工藝進(jìn)行整改，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試，OP30工序整形后多余料聚集現(xiàn)象、反彈現(xiàn)象得到消除。如圖18、圖19所示。

圖18 優(yōu)化前實(shí)物圖

圖19 優(yōu)化后實(shí)物圖

6 總結(jié)

根據(jù)SUV汽車后背門外板制件的特征及不同區(qū)域的成形機(jī)理，對(duì)制件的起皺、反彈問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決措施，最終通過(guò)整改后的模具生產(chǎn)出的制件質(zhì)量也達(dá)到了公司的質(zhì)量要求。相信通過(guò)不斷的技術(shù)積累，借助強(qiáng)大的CAE軟件模擬功能，通過(guò)技術(shù)人員對(duì)不同制件的沖壓工藝進(jìn)行認(rèn)真、仔細(xì)地分析、研究和優(yōu)化，公司的模具設(shè)計(jì)制造水平一定能夠得到更大的提升。