车身翼子板冲压工艺造型设计研究(下)
2021-11-02田卓华田新峰北汽福田汽车股份有限公司
文／田卓华，田新峰·北汽福田汽车股份有限公司
刘国鑫·中航西飞民用飞机有限责任公司
曹翔宇·北汽福田奥铃汽车厂
《车身翼子板冲压工艺造型设计研究》(上)见《锻造与冲压》2021 年第18 期
翼子板工艺面优化设计
针对上述五大危害，如何采取措施消除？
过拉延设计
与保险杠匹配的棱线R 角，一般为R3mm，不足以支持拉延。拉延造型设计扩大到R5mm ～R6mm，侧立面扩张2.0 ～2.5mm，后工序整形到产品R3mm，如图6 所示，翼子板头部拉延工艺设计(翼子板头部截面图，来源于图5(a)中的A-A 截面)，图6(a)所示为翼子板头部拉延工艺设计，图6(b)所示为翼子板棱线过拉延局部放大。
图6 翼子板头部拉延工艺设计
可展面易于流动
翼子板头部安装面结构复杂，一般预拉延成形，再整形到位。为防止安装面整形起皱，采用夹边整形。预留整形夹持面，整形后修去。
整形工艺面由夹持面、补充面和过渡面三部分构成。夹持面，即拉延压边面的一部分；补充面，即修边线外到拉延分型线的区域，该部分允许整形移动(流动)补充产品面，但不得起皱。过渡面，即保险杠安装面的工艺面，整形镶块下压、镦死，形成产品面，图7 为翼子板整形工艺面。
图7 翼子板整形工艺面
整形工艺面的“补充面”部分在整形镶块作用下，是沿垂直于分型线方向和冲压方向的复合位移加流变。夹持面提供适当拉力，减缓材料过快流动，防止立面和安装面皱纹产生。图7(a)为修边线和夹持面之间的补充面设计成可展面。
拉延工艺分型线取直，基本平行于翼子板与保险杠匹配棱线。如果设计成曲线，如图5(a)所示，则“补充面”为不可展面，不仅储存的面积较大，更主要的是三维曲面在夹持面拉力作用下展开失稳、起皱；起皱后的材料流动阻力增大，传递到保险杠匹配棱线及立面，增大了吸颈和破裂风险。
翼子板保险杠匹配棱线两端形成两个尖角，修边比较困难，似乎需要侧修。但由于结构过小，侧修下模刃口强度很差，因此不适宜侧修。为此，对产品型面进行局部改造，以适宜正修，改造的细微特征经整形改变。
增强保险杠匹配侧立面安全性
尽管保险杠匹配棱线R 角已做过拉延设计，可阻止或减轻吸颈及破裂。但是，为了批产安全、稳健，拉延工序需要增大侧立面角度，增强拉延工序安全裕度。侧立面与冲压方向的角度越大越能降低棱线R 角的破裂敏感性。一般这个角度宜取35°～45°，图8 为翼子板保险杠匹配立面拉延造型设计成斜面。
图8 翼子板安装面拉延工艺面
棱线R 角一定，组成棱线的两个面的夹角增大，材料流动阻力减小，R 角切线以外附近参与塑性变形的区域面积扩大，可以承受较大的拉力；或拉力不变，能降低板料减薄率。侧立面角度增大，同时也降低了保险杠安装过渡面的拉延深度。
降低整形风险
保险杠安装面部位见图9，翼子板保险杠安装面拉延尽可能接近产品形状，降低整形类模具自由成形的不确定性。
图9 保险杠安装面
翼子板头部拉延过渡面造型设计、保险杠安装面尽量接近产品面形状，会带来一个问题，就是拉延初始，上模(凹模)型面起伏较大，低点接触料较早，初始阶段会造成板料起伏不平顺，表面出现波纹，不利于产品外露面光顺性。但是，翼子板拉延，产品各部位距离凸凹模分型轮廓较近，上模远离下死点之前，过程初始产生的不光顺有充分的机会拉开，不至于造成最终缺陷。实践证明，一款翼子板头部外露面，用油石推不出不顺痕迹，图10 为翼子板外露表面油石打磨效果，打磨痕连续，磨痕线条均匀一致。
图10 翼子板外露表面油石打磨效果
翼子板表面拉延光顺，表明外板件拉延早期出现的板料不顺或皱纹，只要拉延闭合前，起皱部位型面有充分的展开机会，不至于留下“不光顺痕迹”。
所以，拉延时，翼子板头部尽可能越深越好，自由整形即使受控，依然越少越好。
翼子板整形夹持结构设计
一般整形模，设计夹持面压件器为整体式，即夹持面压件器与主压件器设计为一体。其优点是结构设计简单，缺点是不便于压力调整。此结构成功案例不少，图11 为翼子板整形整体式压件器。
图11 翼子板整体式压件器
尽管CAE 分析软件和技术日趋成熟，但是，软件数据库收集的失效模态及其约束条件纯属理想化，因此，虚拟验证和现实模态有意想不到的差别。有些要素按照常理未必是主流因素，但是回到现实，次要因素可能就是设计成败的决定因素，恰好这个要素有时被CAE 分析忽略。
翼子板安装面预留整形，是非常典型的冲压工艺设计。业内一直把拉延作为成败的关键，因此分析一般比较到位，比如吸颈、破裂、回弹等都能够严谨对待、认真分析。但是，翼子板产品结构特别，最终成功不取决于拉延，整形工序是决定产品开发成败的关键要素。比如产品整形面回弹、扭曲、吸颈破裂等等。
整形夹持面压件器与主压件器设计成一体，有其特殊性。个例的成功有许多要素支撑，要区别对待。如果某产品整形工艺面设计最佳，CAE 分析充分，所以待到模具调试，夹持面不是成败的关键要素，因此，降低了夹持面压力的敏感性。尽管如此，还是建议采用独立压件器，便于模具调试，只是结构设计稍微复杂些。
结语
从翼子板设计之初，通过工艺造型优化设计，解决了冲压作业过程的难点及痛点，同时也为复杂车身覆盖件冲压不稳定性分析提供了新的解决思路，拉延及整形对于复杂高风险覆盖件，要统筹兼顾，仔细分析，不可偏废，即拉延较稳定，尽量多拉，整形较自由，一定少整。
