車門外板輪廓翻邊R角銳化及回彈控制方案

舒金龍

（北京汽車股份有限公司 沖壓技術(shù)部，北京 101300）

0 引 言

隨著生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)汽車外觀的感官要求越來越高，沖模開發(fā)需要在滿足造型設(shè)計(jì)要求的前提下，從細(xì)節(jié)方面提升客戶的主觀評(píng)價(jià)?，F(xiàn)以汽車后門外板的沖模開發(fā)為例，闡述如何針對(duì)后門外板翻邊及輪廓R 角進(jìn)行銳化提升處理，并通過優(yōu)化沖壓工藝方案，對(duì)成形制件回彈量進(jìn)行優(yōu)化控制。

1 R角縮小處理方案及效果

根據(jù)市場調(diào)研，后門外板B 柱側(cè)R 角一般為1.2～2 mm，視覺上R角較大，制造粗糙。通過分析沖壓工藝排布，確定銳化R角方案，并進(jìn)行加工制造特殊處理。

某車型后門外板如圖1所示，沖壓工藝方案為：①拉深成形；②局部修邊+門把手沖孔；③剩余廢料修邊+沖孔；④翻邊+翻邊整形，如圖2所示。

圖1 后門外板

由圖2 工藝排布可知，工序④翻邊后實(shí)現(xiàn)后門外板輪廓成形，凸?；鶞?zhǔn)一般按照偏置一個(gè)料厚設(shè)計(jì)，如按理論數(shù)據(jù)加工，由于模具零件研配及調(diào)試，成形的制件R 角會(huì)偏大20%～50%，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)R=1.2 mm，凸模R凸=0.5 mm，對(duì)應(yīng)成品件輪廓R=1.4～1.8 mm，導(dǎo)致視覺效果較差?？紤]對(duì)該區(qū)域的NC加工工藝進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)輪廓R 角加工進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)整，方案如圖3所示。

圖2 后門外板工藝排布

圖3 翻邊凸模R角調(diào)整方案

圖3（a）后門外板C 柱純翻邊區(qū)域，凸模采用R=0，圖3（b）后門外板B 柱側(cè)翻邊整形區(qū)域，凸模采用R=0.3 mm。機(jī)加工刀路采取平行車身Z 向（模具Y向）仿形加工，避免X 向（模具方向）R 角加工，保證特殊凸模R 角加工精度。針對(duì)該區(qū)域R 角，模具調(diào)試采用人工砂紙平行模具X向推研方式進(jìn)行打磨處理。R 角以外20 mm，沿模具Y 向推研方式進(jìn)行打磨。理論上C柱側(cè)成品件R=0.7 mm，B柱側(cè)R=1 mm（料厚t=0.7 mm）。

該加工方案實(shí)施后，后門外板B 柱側(cè)整形輪廓R角明顯銳化，C柱側(cè)輪廓、沖壓單件R＜1 mm，滾邊后視覺效果提升明顯，如圖4所示。

圖4 后門外板C柱側(cè)滾邊后輪廓R角

2 縮小R角導(dǎo)致縮頸及開裂問題的優(yōu)化解決方案

原沖壓工藝后門外板B 柱側(cè)采用翻邊+整形的工藝成形，如圖5所示。制件成形過程：上?；瑝K下行，壓料芯壓住工序件管理面，翻邊鑲件先接觸板料進(jìn)行翻邊成形；上模滑塊繼續(xù)下行，翻邊成形完成，整形鑲件再接觸板料完成外輪廓R角整形。

圖5 原工藝方案B柱側(cè)成形

受拉深工序過拉深工藝補(bǔ)充及材料延展性影響，制件成形后易出現(xiàn)縮頸或開裂問題，如圖6所示。

圖6 縮頸與開裂

從成形模擬分析角度考慮，拉深工序應(yīng)盡量提高A 面減薄率以達(dá)到最佳的成形效果，因此過拉深量應(yīng)盡量減少。為了避免開裂問題，將過拉深量設(shè)計(jì)過多會(huì)造成整形多料，二層臺(tái)階存料，造成臺(tái)階面褶皺，存在影響A面表面質(zhì)量缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，因此兩者之間應(yīng)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，即在翻邊整形不開裂的前提下，盡量減少過拉深工藝補(bǔ)充量。

一般該區(qū)域成形減薄控制標(biāo)準(zhǔn)為：①B 柱區(qū)域制件對(duì)拼，形成一個(gè)反成形區(qū)，拉深工序減薄控制在材質(zhì)n值以內(nèi)（材料加工硬化指數(shù)，n值越大，材料均勻變形能力越強(qiáng)）；②翻邊整形工序二次減薄變化量控制在5%以內(nèi)（目前控制翻邊整形后減薄在20%以內(nèi)）。客觀條件下板料材質(zhì)也存在波動(dòng)，僅控制過拉深量并不能解決開裂風(fēng)險(xiǎn)問題。綜合以上因素，對(duì)沖壓工藝排布進(jìn)行調(diào)整，如圖7所示。

圖7 優(yōu)化的工藝方案

對(duì)后門外板B 柱側(cè)成形方案進(jìn)行調(diào)整，如圖8所示：工序①將車門B柱側(cè)輪廓進(jìn)行過拉深處理，車身Y 向設(shè)計(jì)10°～15°拔模角，確保拉深成形性，半月牙起定位作用。工序②分塊將工藝補(bǔ)充部分沖裁，工序③將后門B 柱側(cè)輪廓整形，左右件對(duì)拼工藝補(bǔ)充采用空切方式實(shí)現(xiàn)，改變?cè)蟹?整形的工藝方法，該方式可使材料在整形時(shí)從外側(cè)流入，不單純依靠過拉深量，在降低開裂風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，保證R角成形一致性。工序④將后門外板B 柱側(cè)二層滾邊R角、C 柱側(cè)輪廓翻邊成形，由于工序③已完成輪廓R角成形，翻邊工序不會(huì)對(duì)該區(qū)域的材料產(chǎn)生拉力，避免了原成形工藝造成的開裂風(fēng)險(xiǎn)。該工藝方案在新車型開發(fā)中應(yīng)用，模具批量生產(chǎn)穩(wěn)定，成形制件未發(fā)生縮頸及開裂問題，方案驗(yàn)證實(shí)施有效。

圖8 后門外板B柱側(cè)成形方案調(diào)整

3 后門外板回彈控制優(yōu)化方案

總結(jié)以往車型開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，車門外板在自由狀態(tài)下普遍存在1～2 mm 的回彈，夾持狀態(tài)下，個(gè)別位置也存在超公差（±0.5 mm）的回彈，如圖9所示。制件精度不良、回彈量大，影響后期滾邊總成整改方案，不利于車型導(dǎo)入時(shí)匹配問題識(shí)別，原工藝方案制件檢測如圖10所示，檢測結(jié)果如表1所示。

根據(jù)AutoForm 軟件回彈分析結(jié)果與現(xiàn)場制件檢測結(jié)果對(duì)比分析，回彈趨勢(shì)一致。受翻邊間隙與板料材質(zhì)差異影響，AutoForm 軟件分析回彈0.6 mm左右，實(shí)際回彈值在1 mm 左右。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)物分析，制件在修邊后，工序件貼合模具凸模，沒有回彈，翻邊后制件出現(xiàn)回彈，因此應(yīng)考慮翻邊因素導(dǎo)致制件出現(xiàn)回彈。

表1 檢測結(jié)果

圖9 后門外板原工藝AutoForm回彈模擬分析結(jié)果

圖10 后門外板B柱區(qū)域面差檢測

車門外板輪廓翻邊弧長由該車型造型設(shè)計(jì)弧度決定，平緩的造型弧度，翻邊較均勻，應(yīng)力變化較小，而家用轎車或SUV 車型，為凸顯造型理念，車身弧度變化較大（一般為外凸造型）。車門外板包邊（滾邊）直線段需要至少5 mm 的內(nèi)外板包邊量以滿足強(qiáng)度要求，車門外板翻邊長度一般控制在8.5 mm左右，會(huì)造成車門外板翻邊成形過程中存在多料翻邊，應(yīng)力不勻，使制件出現(xiàn)回彈。

如何改變翻邊應(yīng)力不勻，是解決制件回彈的關(guān)鍵要素。

（1）調(diào)整翻邊工藝缺口，在翻邊工序做翻邊鑲件先后刃入，調(diào)整翻邊先后順序，達(dá)到平衡翻邊應(yīng)力的目的，降低制件回彈，該方案在機(jī)蓋外板前風(fēng)擋區(qū)域模具開發(fā)中已普遍應(yīng)用。

（2）調(diào)整翻邊工藝缺口方案的同時(shí)，翻邊成形采用壓料翻邊工藝結(jié)構(gòu)，如圖11所示，成形過程中，翻邊料邊處于托料芯與上模翻邊鑲件之間，受托料力擠壓，翻邊料邊處于可控狀態(tài)，通過調(diào)整壓料著色狀態(tài)，調(diào)整翻邊料邊流入速度，降低料邊受制件弧度影響造成的翻邊多料現(xiàn)象，使翻邊應(yīng)力均勻。

圖11 壓料翻邊結(jié)構(gòu)

后門外板應(yīng)用壓料翻邊工藝方法，AutoForm 分析結(jié)果顯示，回彈結(jié)果在±0.3 mm，如圖12 所示，符合工藝分析模擬要求，對(duì)模具開發(fā)進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證。

根據(jù)制件三坐標(biāo)檢測結(jié)果顯示，制件回彈值與分析結(jié)果一致，符合GD&T（全局描述附表、形位公差表）要求，制件滿足精度質(zhì)量要求，回彈問題得到解決。

圖12 新方案AutoForm回彈模擬分析結(jié)果

4 結(jié)束語

提升沖壓件外觀細(xì)節(jié)處質(zhì)量，保證生產(chǎn)穩(wěn)定性，控制制件回彈是沖壓工程師應(yīng)重點(diǎn)研究的課題，經(jīng)過2 個(gè)車型項(xiàng)目成形分析計(jì)算及項(xiàng)目開發(fā)實(shí)物對(duì)比驗(yàn)證，確認(rèn)的結(jié)論如下：①車門外板翻邊輪廓R 角縮小能提升精致感，R 角值可以控制在0.7～1 mm；②車門外板采用壓料翻邊工藝，能有效降低沖壓件的回彈。