G95超长侧围冲压模具开发

文/朱平，童钱虎，叶常林·神龙汽车有限公司技术中心

G95超长侧围冲压模具开发

文/朱平，童钱虎，叶常林·神龙汽车有限公司技术中心

G95是东风乘用车自主品牌的高端车型，轴距较长，其中侧围零件的长度达到了3596mm。本文就对此侧围在冲压工艺设计、模具结构设计及现场制造调试阶段，所做的重要工艺技术方案进行描述，以供大家借鉴。

零件特性

G95侧围零件形状如图1所示，尺寸为3596mm×1248mm，所用材料为DX54D，料厚0.67mm。

图1 G95侧围

G95侧围相对于其他项目，其长度是目前神龙公司最长的，大约比其他侧围长140mm左右。侧围是冲压件中技术要求最高的，其难度表现在工艺设计难度高、模具结构复杂、制造调试技术要求高等方面。

重点工艺技术方案

开卷落料的可行性方案

经过初步工艺预估，板料的尺寸为3910mm×1550mm，开卷线的步距必须要达到3910mm，但神龙公司的一厂开卷线只能达到3810mm，因此无法在一厂实施开卷落料工序。经初步讨论，需将开卷落料工序放到新工厂，但这个方案会增加生产运输成本，并不是最优方案。

针对此问题，在工艺设计阶段对工艺补充作了详细的设计优化。优化手段为：⑴降低拉延深度；⑵局部优化拔模角度，修正后的工艺补充如图2所示。通过这些修正，将板料的尺寸控制在3805mm，满足了一厂的生产要求，减少了板料的运输成本。同时由于板料长度的优化，材料利用率也比原先定的目标值提升了1%。

图2 工艺补充结果

拉延成形可行性方案

侧围零件属于深拉延零件，最大的拉延深度在350mm左右，存在开裂、起皱、凹陷、滑移等风险。侧围加长后，后三角窗部位将引起A面凹陷，后三角窗深度还会导致侧壁开裂起皱风险加重，以及在尾灯处的冲击线滑移到A面，其有限元分析结果如图3所示。在成形过程中，必须针对这些现象对工艺和产品参数进行调整、修改，使产品达到设计需求和客户需求的平衡点。

图3 有限元分析结果

在图3中的1处，三角窗处的深度达到20mm，在成形过程中产生了凹陷，这种变形类似于门把手附近的缺陷。有三种优化方案：(1)增加二级台阶，改变成形过程，如图4所示；(2)使拉延模在此区域增加宽度100mm及深0.05mm的腔；(3)在凹陷处增加型面补偿，此方法必须建立在准确的预测变形范围和大小的基础之上，但目前技术水平没有能力达到这个要求。所以对于以上三种优化方案，我们综合采用了前两种方法，并在最终的模拟和调试中顺利解决了此处的变形问题。

图4 增加二级台阶

在图3中的2处，三角窗的深度导致侧壁开裂严重。在工艺设计阶段，通过不断地调整产品侧壁的拔模角和圆角，使模拟的变薄率从32%优化到25%。为减少调试的难度，在此处板料上增加一个工艺孔，用于增加材料的流动性，通过工艺孔将材料变薄率控制在19%以内。现场调试时，取消此处的工艺孔后，零件侧壁未有开裂现象，并在小批量生产中得到了验证，最后消除了开裂风险。虽然调试结果未完全遵循工艺设计方案，但是此处风险的消除，离不开前期大量的产品优化和工艺优化。

图3 中2处的角部同时存在着起皱问题，因为在成形初始过程中，板料由高低两点形成一张面，在成形后此面无法被其他部分形状吸收，所以在此类形状的零件中，起皱是个普遍现象。解决此类问题的方法一般有两种，一种是在高低点之间建立一个台阶面，使多余的料在成形过程中被吸收，从而解决起皱。另一种方法是在低点处增加一个凹坑，影响成形过程，并在最终的3～5mm时吸收多余的料。前后两种方案的对比，第一种方案解决起皱明显，但是对产品限制较大；第二种方案解决起皱不太明显，但对产品限制较小。最后，为保证产品的功能要求，选择第二种方案，结果在调试中仍有轻微的波纹，但是不影响产品的功能和外观的要求。

在图3中的3处，由于需要降低拉延深度和拔模角，用以提高材料利用率，导致局部尾灯处的冲击线滑移到A面上。此时，通过对拉延深度的调整和局部工艺补充的优化，最后在滑移线控制和板料的长度之间找到了一个平衡点，既满足开卷线设备的要求，又将滑移线控制在合理区域。

拉延模具结构可行性设计

由于侧围零件超长（3596mm），拉延凸模轮廓会超过3720mm，超过压机气垫顶杆布置范围，因此模具结构设计需要考虑结构强度和压力源的问题。经过梳理一共得到了四种方案：

⑴氮气弹簧。内外压边圈全部用氮气弹簧提供压边力，所有氮气弹簧串联。

⑵氮气弹簧+气垫顶杆。如图5所示，在压边圈超出气垫顶杆布置区域用氮气弹簧提供压边力，并在压边圈局部区域布置氮气弹簧（串联），平衡压边圈受力状态，其余部位使用气垫顶杆。

图5 氮气弹簧和气垫顶杆配合使用

⑶气垫顶杆+特殊模具结构。如图6所示，压边圈超出气垫顶杆布置区域向下插入凸模，用压边圈保证强度，通过模具结构传递压料力。

图6 气垫顶杆与模具配合

⑷纯气垫顶杆。压边圈超出气垫顶杆布置区域空开，不施加辅助压力源（超出气垫顶杆区域悬空）。

设计阶段经过多轮的分析论证，在神龙公司现有的压机条件下，决定侧围拉延模的结构采用方案二：氮气弹簧和气垫顶杆混用，氮气弹簧起局部补充压料力和平衡压边圈作用，同时在压边圈四周均匀布置氮气弹簧（8个串联安装），以保持压边圈的平衡。采用此方案的模具成本较低，模具强度相对好保证，但调试时间长，需定期维护。方案三的结构，属于比较创新的结构，也能解决压力平衡问题，但是其结构存在拆装缺陷。

调试初始阶段，按设计方案进行调试，压料板在成形过程中比较平稳，未有不正常现象。但因取料时压料板在氮气弹簧的作用下上升，使零件取料空间受限。现场调试时尝试取消氮气弹簧，以验证无氮气缸的可行性，经过多轮调试验证，在无氮气缸的情况下，需要降低无压力源上方的压料面研合等级，以减小此处的压边圈成形受力。

结束语

在解决G95侧围冲压工艺开发过程中的各种问题时，我们不仅可以借鉴原本的技术方案，更可以提炼出在面对工艺问题时须遵循的四点原则：

⑴设计阶段应该重视对仿真模拟结果的分析，通过优化工艺方案和改变产品形状，来保证产品的工艺可行性。

⑵工艺同步工程的主要目的是，在保证产品功能的前提下，提高产品的工艺可行性。

⑶设计阶段制定工艺方案时，需要全方面考虑，从质量、周期、成本等各方面分析每个方案的优劣性，为最后制定决策提供有力参考。

⑷调试阶段是工艺方案的重要验证环节，不能一味追求同设计一致，可根据实际调试情况，对工艺方案作更优改进。