側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處成形缺陷問(wèn)題解決方案

畢四龍

（四川成飛集成科技股份有限公司， 四川 成都 610091）

0 引 言

側(cè)圍外板是汽車(chē)覆蓋件中關(guān)注度較高的零件之一，其具有造型復(fù)雜、尺寸大、匹配關(guān)系多、成形難度大等特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生諸多問(wèn)題，因此在工藝設(shè)計(jì)、CAE仿真、調(diào)試制造過(guò)程中都會(huì)有各種改善方案來(lái)應(yīng)對(duì)。雖然不同車(chē)型的造型需求不同，但在同一部位產(chǎn)生的問(wèn)題具有一定的典型性，現(xiàn)介紹某側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處成形問(wèn)題及解決措施。

1 零件成形問(wèn)題

1.1 零件造型

側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處的結(jié)構(gòu)根據(jù)車(chē)型略有不同，某車(chē)型側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處造型如圖1所示，由于棱線(xiàn)R值較小，內(nèi)表面數(shù)模僅為R1.3 mm，拉深工序如果采用零件數(shù)模直接成形會(huì)開(kāi)裂，需采用過(guò)拉深工藝，后工序進(jìn)行整形。由于后保險(xiǎn)杠處A面（外觀面）與輪轂處安裝面的臺(tái)階高度相差較大，如圖2所示，臺(tái)階最深位置為39 mm，最淺位置為16 mm，采用過(guò)拉深后進(jìn)行整形容易起皺，同時(shí)尖點(diǎn)R值過(guò)小，拉深后材料已硬化，整形后常伴隨開(kāi)裂問(wèn)題。

圖1 某側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處結(jié)構(gòu)

圖2 側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處不同位置高度值

1.2 拉深補(bǔ)充造型

圖1所示區(qū)域的沖壓工藝排布為拉深、修邊、整形，該處的拉深補(bǔ)充造型對(duì)成形效果至關(guān)重要。表1所示為初期嘗試的3種拉深造型方案，并對(duì)各方案進(jìn)行了CAE分析驗(yàn)證，僅對(duì)拉深后側(cè)圍處板后保險(xiǎn)杠處局部造型進(jìn)行更改，其余工藝參數(shù)不變。

表1 3種拉深補(bǔ)充方案

從表1可以看出，改變拉深造型對(duì)整形開(kāi)裂與起皺影響較大，可以通過(guò)縮短拉深補(bǔ)充線(xiàn)長(zhǎng)的方式優(yōu)化起皺，控制成形深度及過(guò)拉深量解決開(kāi)裂問(wèn)題。綜合對(duì)比，方案2成形效果較好，但以上3種方案都不能完全解決成形缺陷問(wèn)題。整形時(shí)觸料的先后時(shí)序不同是導(dǎo)致起皺的主要原因，如圖3所示，區(qū)域1整形時(shí)先觸料，將多余的料向區(qū)域2堆積，導(dǎo)致區(qū)域2產(chǎn)生起皺且棱線(xiàn)上拋。因此拉深補(bǔ)充應(yīng)保證各區(qū)域的整形量盡量相同，同時(shí)還要考慮尖點(diǎn)開(kāi)裂問(wèn)題，在棱線(xiàn)尖點(diǎn)處進(jìn)行球化處理，拉深后的減薄率不宜過(guò)大，應(yīng)控制在20%以?xún)?nèi)，整形后尖點(diǎn)減薄率控制在25%以?xún)?nèi)，最大失效值需小于0.8，保證整形后不開(kāi)裂。

圖3 整形起皺區(qū)域

2 零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化

經(jīng)過(guò)上述分析，零件起皺區(qū)域是由于臺(tái)階高度差過(guò)大，減少臺(tái)階的高度差是零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向，以下3種優(yōu)化方案都是基于方案2的后工序整形。

2.1 優(yōu)化方案一

在靠近輪轂處的后保險(xiǎn)杠安裝面根部設(shè)計(jì)1個(gè)凹陷造型，造型深度最大為7 mm，如圖4所示，通過(guò)增加凹陷減少臺(tái)階的高度差。方案一CAE分析結(jié)果如圖5所示，靠近輪轂處上模整形鑲件比原來(lái)提前觸料，起皺情況得到改善，僅在棱線(xiàn)處有輕微的上拋。

圖4 零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案一

圖5 方案一CAE分析結(jié)果

2.2 優(yōu)化方案二

更改靠近輪轂處的側(cè)壁角度，將此處的側(cè)壁角度調(diào)整為與沖壓方向一致，通過(guò)控制早期成形的側(cè)壁間隙來(lái)改善起皺問(wèn)題，如圖6所示。方案二分析結(jié)果如圖7所示，起皺情況同樣也得到了改善，但在棱線(xiàn)處仍然出現(xiàn)了上拋。

圖6 零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案二

圖7 方案二CAE分析結(jié)果

2.3 優(yōu)化方案三

增加靠近輪轂處的頂部棱線(xiàn)的高度，減小臺(tái)階的相對(duì)高度差，使頂部棱線(xiàn)處在整形時(shí)與上模鑲件提前觸料，如圖8所示。方案三CAE分析結(jié)果如圖9所示，起皺還是集中在棱線(xiàn)處，棱線(xiàn)上拋現(xiàn)象仍然存在。

圖8 零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案三

圖9 方案三CAE分析結(jié)果

對(duì)以上3種零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案進(jìn)行分析，降低臺(tái)階的相對(duì)高度差能夠起到作用，3種方案均可以減輕起皺情況，但在棱線(xiàn)處都沒(méi)有較好地解決上拋現(xiàn)象。相對(duì)方案一的效果最好，零件臺(tái)階的高度差H應(yīng)控制在5 mm以?xún)?nèi)，但由于零件結(jié)構(gòu)功能受限，客戶(hù)不能接受方案一和方案二的優(yōu)化方式，僅同意方案三的零件結(jié)構(gòu)更改，加高輪轂處棱線(xiàn)，使臺(tái)階過(guò)渡平緩。

3 工藝方案優(yōu)化

雖然零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠起到一定作用，但是不能完全解決零件的成形缺陷問(wèn)題，需要進(jìn)一步優(yōu)化成形工藝。采用的方式為拉深后修邊保留側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處尾部位的廢料，整形工序需要壓料成形，最后精修至零件尺寸，如圖10所示。

圖10 沖壓工藝排布

由于起皺區(qū)域在靠近輪轂處，壓料整形工序需要從2個(gè)方向控制材料流動(dòng)，即a、b方向（見(jiàn)圖10），修邊工序要保留相應(yīng)區(qū)域的廢料。為了保證A面的成形質(zhì)量，零件內(nèi)部壓料需強(qiáng)壓，外部補(bǔ)充面區(qū)域弱壓，如圖11所示，整形時(shí)材料由外向內(nèi)流動(dòng)，不能拖動(dòng)A面。優(yōu)化成形工藝后，成形過(guò)程中板料基本無(wú)起皺，如圖12所示。

圖11 壓料整形工序壓料器結(jié)構(gòu)

圖12 壓料整形CAE分析結(jié)果

如圖13所示，通過(guò)拉深補(bǔ)充、零件結(jié)構(gòu)、工藝排布的優(yōu)化，經(jīng)CAE分析驗(yàn)證，實(shí)際零件出件后的成形情況良好，滿(mǎn)足質(zhì)量要求，且批量生產(chǎn)時(shí)成形穩(wěn)定，為類(lèi)似問(wèn)題提供了改善思路。

圖13 批量生產(chǎn)零件

4 結(jié)束語(yǔ)

側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處造型為了滿(mǎn)足零件功能性需求，如果前期不能較好地控制零件的成形性，在后期的調(diào)試及批量生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生缺陷問(wèn)題，增加了調(diào)試周期及制造成本。通過(guò)拉深補(bǔ)充造型、零件結(jié)構(gòu)、沖壓工藝的優(yōu)化，能使側(cè)圍外板后保險(xiǎn)杠處區(qū)域的成形性得到改善，并達(dá)到質(zhì)量要求，其中零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化盡量在沖壓同步工程階段進(jìn)行，優(yōu)化方案會(huì)更容易通過(guò)。