背门内板浅成型工艺开发与模具设计

刘磊

柳州福臻车体实业有限公司 广西柳州市 545006

背门内板是汽车覆盖件中关键零件之一，有成型难度高，材料利用率低等问题，如何提高背门内板的零件质量，以及通过提高材料利用率降低制造成本，这是汽车设计开发和模具开发者面临的一大问题。本文主要介绍浅拉延在背门内板零件上的应用，利用CAE分析软件，确保零件成品质量的前提下提高背门内板材料利用率，降低生产制造成本。

1 零件成型工艺分析

下图所示为汽车背门内板的零件数模，材质为CA-DC05-FD-Q/JDJ-GY66-2015，料厚0.7mm，零件外形尺寸为：1390mm x 1220mm x 320mm，主机厂对材料利用率要求为56%，鉴于之前对背门内板的统计分析来看，材料利用率基本在50%左右，距离客户的要求56%还差的比较远，如果用传统的拉延方式，必然达不成客户的要求，在此基础上考虑采用浅拉延提高材料利用。

1.1 前期的零件数模分析评估

①根据经验分析，此零件风险点最大的位置在窗框位置的胶条密封面上，此处零件形状呈V型，工艺性差，容易产生起皱问题，密封面质量要求高，因在此位置的数模必须细化，在保证零件各方面要求的前期下，经过CAE软件模拟分析，对零件的形状、尺寸、精度要求等提出合理化建议，CAE分析的结果如下图：

②根据CAE分析结果，图示出在密封面局部R处造型急剧，加大起皱风险，提出工程变更申请书（ECR，engineering change report）进行设变，更改零件造型，消除尖角平顺处理型面，通过过程查看发现，此两处起皱在成型过程已经出现，另外针对数模的一些不合理的地方提出的ECR，做出设变数模，做CAE分析验证，确保有效改善。ECR是前期数模沟通的重要手段，用来消除数模开发的一些工艺不合理问题，为后期模具开发制造提供保障。详见下图：

1.2 零件工艺补充与CAE模拟分析

①要达成57%的材料利用率，此零件的拉延补充部分要尽量少，因此选用了浅成型拉

延，压料面高过零件最低点，尽量抬高压料面，上模增加外压边圈，在凹模接触料前开始压料，确保拉延稳定性，具体工艺补充面如下图所示：

②CAE分析设置如下，比普通的拉延相比，上模增加了周圈压料，上压料板Pad压力设为定值20T，内压边圈压力40T，外压边圈压力100T，摩擦系数0.17；

③经过多次计算验证，最终得到了一个最优化的结果，并在最优化结果的基础上进行极限CAE分析，使得零件的CAE分析状态在规定的一个区间内保持稳定，利于后期现场调试经过优化后的CAE，窗框起皱风险部分在成型过程中的起皱现象消除，处于一个可控的范围。

2 拉延模具结构

根据CAE分析结果和工艺排布，整体布置结构见如下图所示：

模具外形尺寸：2560mm x 2120mm x 1100mm。

模具材料：内压边圈、凸模、外压边圈、压料板、凹模采用TGC600材质，局部表面淬火，热处理硬度50HRC以上，下模座采用HT300铸铁材质。

力源与行程：上模压料板Pad采用氮气弹簧作为力源，压料力大小为20T，行程为100mm，下模内与外压边圈采用机床的顶杆作为力源，压边力大小为140T，行程为120mm。

限位方式：上压料板采用侧销作为工作和安全限位，下压边圈采用等高套筒加螺杆作为安全限位，上模压力源采用的氮气弹簧串联，方便后期制作对压料力的控制，以及生产过程中监控压料力，见上右图所示。

3 实际零件状态

现场实际制作出来的零件经过调试，零件面品没有问题，密封面无起皱现象，零件合格率95.5%按时交付客户，到达客户处生产状态稳定。零件材料利用率达到57.8%，超额达成既定目标。

4 结语

通过对汽车背门内板的数模分析设变、CAE工艺分析，通过三动浅成型拉延的方式，在保证板件品质的基础上提供了材料利用率，这种方式为其他车型的背门内板、轿车的尾箱内板以及其他覆盖件的拉延提供了新的思路参考。