某货车侧围外板冲压工艺设计及试验研究

韩永志，余冰定，赵烈伟，楚伟峰

汽车覆盖件具有结构尺寸大、形状复杂、板料薄、精度高等特点。从产品设计、工艺分析、模具设计、制造、调试到最终生产，这一过程相当复杂。其中冲压工艺的确定与模具设计制造是非常重要的环节。

冲压工艺优劣和模具状态决定了零件的最终质量，以致能否成功量产。传统试错法造成大量资源浪费，已不能适应如今产品更新换代、周期越来越短的要求，板料成形仿真使设计人员可以在生产准备阶段，预测成形中可能出现的问题，如起皱、破裂等，确定成形所需工艺过程和技术参数，验证并优化模具设计。对覆盖件成形进行了虚拟试模调试，利用仿真结果验证了工艺方案的可行性，改进后的工艺指导模具设计，节省模具调试时间，极大提高了模具生产效率，缩短整车开发周期。

侧围外板是汽车外覆盖件，属于A级零件，要求外表面必须光顺平滑、棱线清晰、刚性良好，无凸包、麻点、凹陷等缺陷，同时由于其与车门外板、顶盖外板、角板及前照灯等零件搭接。侧围外板三维数模，如图1所示。

一、零件冲压工艺分析

1.产品ECR的提出

在得到产品数模初期，在保证零件品质的前提下，为尽量减少工序，以降低模具开发成本，对产品进行SE同步分析，提出ECR交由产品设计部门进行数模更改，规避后期调试风险，缩短模具的开发周期。图2所示绿圈处修边后翻边存在质量缺陷，将止口切掉一块便于修边，保证翻边质量。

2.冲压工艺及模面的设计

通过对产品数模的分析，初步规划工序为4序。具体工艺内容为：拉深→修边+侧修边+冲孔+整形→修边+侧修边+冲孔+整形+侧整形→修边+冲孔+整形+侧整形+翻边+侧冲孔。

（1）确定冲压方向 拉深模面的工艺补充部分的多少及修边冲孔的质量，是冲压工艺设计的关键。其不但决定能否生产出合格冲压件，且影响到后续各工序的设计方案，在拉深工序中，冲压件常会由于冲压方向确定不当，而增加调整困难。

图1 侧围外板

图2 ECR示意

此侧围外板冲压方向确定所遵循的原则：①无负角。保证拉深件凸模能够顺利进入拉深凹模，不应出现凸模接触不到的死区。②最小拉深深度。拉深开始时凸模和坯料接触面积大，避免点接触，接触部位应尽量处于冲模中心，避免在成形过程中材料窜动，最好应使制件在一次拉深中完成；在保证拉深质量的前提下，使拉深深度尽可能浅，保证二级外观面的质量要求，满足材料利用率最大化。③制件品质优良，有利于防止表面缺陷。为了保证此侧围外板表面件表面质量，棱线位置要保证拉深时不产生偏移线、颤动线等表面缺陷。④后工序合理可行。要考虑后续修边冲孔时候的角度，此侧围外板沿X轴选择3°，保障后续冲孔为正冲。

（2）确定压料面 压料面是指位于凹模圆角半径以外的那一部分坯料，是工艺补充的一个重要组成部分，对拉深成形起重要作用。压料面可使拉深深度均匀，坯料流动阻力分布满足拉深成形的需要。

合理的压料不仅能保证压料面上材料不起皱，还可以保证拉入凹模的材料不起皱、不破裂。压料面设计不合理，会使压边圈压料时形成起皱、余料、松弛等，甚至有的在成形过程中无法消失而残留在制件上。

设计此侧围外板拉深模压料面时：①压料面形状尽量简单化，其阻力变化相对容易控制，有利于调模时调整到最有利于拉深成形所需的最佳压料面阻力状态。此侧围外板考虑其上柱滑移线，压料为直纹可展曲面。②压料面任一断面曲线长度要小于拉深件内部相应断面曲线长度，凹模内毛坯产生一定程度的胀形变形，可保证坯料刚性，避免拉入凹模内的多余材料无法延展。

综上内容，设计拉深模面并在UG软件上建模，如图3所示。

（3）有限元分析模拟 在拉深模面建模完成后进行CAE模拟分析。首先对坯料尺寸、拉深筋系数进行调整。拉深筋作用主要是控制材料塑性流动方向和进料速度，提高制件刚性，同时也是防止覆盖件起皱、开裂、拉深不足等成形缺陷发生最有效的方法。

侧围外板在拉深开始前，模具压边圈与凹模闭合后，坯料首先被拉深筋压弯成形，随后在模具凸模作用下，坯料周边产生拉深变形并向凹模走料，坯料沿拉深筋表面滑动产生摩擦阻力和弯曲变形阻力，都使毛坯断面内径向拉应力加大。改变拉深筋高度和圆角半径，都可以达到调整进料阻力的目的。这种调整径向拉应力的方法十分方便实用，且调整范围也较大。模拟分析结果如图4所示。

根据此分析结果，产品无风险，如图5所示。通过后期调试，达到产品要求。

图3 拉深模面

图4 坯料及拉深筋设置

图5 CAE分析结果

图6 各工序内容

（4）产品工序分配 如图6所示，通过前期对产品分析，对此侧围外板做了4工序排布。通过对工艺内容和模具结构优化，实现了对4工序化的要求。

二、物理验证

按照CAE模拟结果，修改及优化拉深件形面，调试得到试验结果如图7、图8所示。零件成形良好，无暗伤与开裂缺陷，外观品质优良。

三、结语

侧围外板作为汽车车身开发过程中，最重要最复杂最难设计及制造的制件，若前期分析不充分，会造成产品设计出现大量变更，且后期制造反复，调试成本极高。数值模拟能够预测侧围成形过程中存在的问题，也可有效指导模具现场调试，减小模具调试时间，提高效率。实际试模过程中，各工序调试，上检具检测各项指标很好达到了此车型量产要求，目前此侧围外板已在线批量生产。

图7 最终拉深零件

图8 最终合格实物产品