侧围外板C 柱处外观面光影扭曲原因分析及对策

针对某汽车侧围外板C 柱处外观面局部区域冲压调试时存在光影扭曲的问题，现场对该产品的工序件质量及模具研配情况进行分析，确认此处的缺陷主要是在OP20 整形工序形成的。进一步结合CAE 分析缺陷产生的机理，认为造成缺陷的主要原因是整形时该区域的应力分布不均，整形后应力释放导致不均匀变形，最终表征为产品局部光影扭曲。

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汽车造型设计师热衷于采用丰富的曲面设计语言，结合光影流转的生动型面，实现产品风格理念的传递，以期给用户带来丰富的感官盛宴。但是这种丰富变化的曲面，要求的是更高的曲面制造精度，这无疑提升了冲压工艺的难度，除了施加必要的A 面回弹补偿外，更重要的是尽量消除面品缺陷。

侧围外板是汽车车身尺寸最大、曲面最为复杂、工艺难度系数高的外覆盖件，其表面上任何缺陷都会影响整车外观造型效果。本文以某运动轿车的侧围外板为例，针对该产品C 柱区域凹陷导致的光影扭曲问题，通过现场问题解析并结合CAE 辅助分析，提出相应的解决对策，获得与设计光影一致的产品。

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侧围外板C 柱区域一般结构特征及工艺方案

结构特征

在模具制造中，研配是保证产品质量的重要工序，检查研配是否良好，用蓝丹着色率来体现，即模具合模时着色区域面积占比。图5 为OP10 拉延工序和OP20 整形工序设计着色和现场蓝丹着色情况，两个工序的现场蓝丹着色率均在85%以上，符合着色要求，所以产品此处的凹陷并非模具研配不到位导致，具体原因需要通过CAE 进一步辅助分析。

工艺方案

产品拉延及整形过程中均产生复杂的平面应力，导致在成形到底后产品会存在不均匀变化的残余应力，经过应力释放(即回弹)后，在自由状态下，这种回弹是不可逆的，最终体现为产品的不均匀变形，即各种产品缺陷。对拉延及整形后(回弹前)侧围外板C 柱区域的主、次应力进行分析，如图8 所示。OP10 拉延到底时产品为双向拉应力状态，主、次应力均匀变化，测量区域变化量小于100MPa，应力释放方向为双向压缩方向，对产品质量无明显影响。OP20 整形到底时，相应区域处于拉、压应力状态，主、次应力在测量区间变化量超过200MPa，经过应力释放后，沿着C 柱区域均为压、拉应力状态，如图9(a)所示，在该应力的作用下，A-A 截面容易出现如图9(b)所示的变形，表现到产品上则为上述图4(b)所示的凹陷。因此，改善侧围外板C 柱区域的凹陷问题，应该调整该处应力状态。

利用Autoform有限元分析软件进行建模分析。其中，侧围外板材料为DC54D+ZF-SL，料厚为0.65mm，其力学性能参数见表1。

由于该材料为热镀锌自润滑钢板，冲压成形时动摩擦系数设置为0.12，同时，匹配现场工艺参数，压边力设置为280t，拉延深度为240mm，OP20 上压板压力为40t。为了提升分析的准确性，CAE 分析控制参数采用FV 模式，导入几何体网格最大线长设置为10mm。

侧围外板C 柱区域缺陷产生原因分析

调试现场情况

利用Autoform 工具“Surface Lows”检测表面质量状态，其中油石长度定义为100mm，方向为X 向，自由回弹状态下的分析结果如图6 所示。OP10 拉延件并未出现表面凹陷，而OP20 整形后的产品出现严重的表面凹陷，与产品实际调试一致。对自由回弹状态的工序件进行光影检测，如图7 所示，OP20 整形工序造成的缺陷，引起侧围外板C 柱局部区域的光影扭曲。

无论是MPV、SUV 或者是轿车，侧围外板C 柱区域的结构特征主要由3 部分组成：后车门与侧围外板的分缝特征①、后车门与侧围外板匹配台阶特征②及侧围外板Y 向截面曲率特征③，如图1 所示。其中①和③处的特征主要由造型风格决定，②处的特征主要受制于车身结构。

CAE 辅助分析

Ⅰ期槽孔槽段内布置3组直径为250 mm的导管，相邻导管间距设置为3.0 m，两端导管距孔端1.0 m，Ⅱ期槽孔槽段内同样布置3组直径为250 mm的导管，相邻导管间距为2.8 m，两端导管距离孔端1.0 m。

(1)实验一。异常发生后再次对该井水温梯度进行重新测量，并与之前的水温梯度测量结果进行了对比分析，结果见表1、2，图1、2。

该侧围外板C 柱区域需要通过两道工序才能完成，为了分析缺陷产生的主要原因，对该产品工序件通过油石打磨逐一进行评审，如图4 所示。产品凹陷区域在OP10(拉延工序)时轻微出现，而经过OP20(整形工序)后，缺陷面积急剧扩大，表明整形工序是造成缺陷的主要原因。

通常，图1 中②处特征的侧壁拔模角为车身Y向8 ～12°，上圆角为R1.2mm ～R3mm，如图2 所示。根据经验，该处特征无法一次拉延直接到位，需要增加整形工序，所以侧围外板C 柱处工序一般为拉延→修边、整形。

改善侧围C 柱区域光影不顺的对策

调整OP20 整形上压板压力

为了分析OP20整形时上压板压力对缺陷的影响，设定压板压力为40t、150t、2000t 和5000t 后进行CAE 分析，结果如图10 所示。随着压板压力的增加，OP20 整形时C 柱区域材料流动逐渐变难，应力分布趋于均衡，故产品自由回弹后，缺陷严重程度逐渐减弱，但并不能够完全消除。因此，结合实际模具结构，通过更换并增加氮气缸，提高上压板压力可以改善缺陷。

[8]Remarks made during the NPC by Lu Hao,Heilongjiang’s governor and its deputy party-chief,appeared to ignite the unrest...（2016-03-19）

调整OP20 整形量

为了保证侧围外板C 柱区域(后门分缝台阶处)的成形性，需要先在该台阶设计过拉延工艺补充，再通过整形获得产品所需形状。但是与此同时，过拉延工艺补充也会影响整形后产品外观质量。如图11 所示，A、B、C 截面为整形到底前0.4mm 板料的状态，板料在整形刀块的作用下，A、C 截面侧壁坯料线均存在多料的情况，板料会在外观面形成一定的挤压力(压应力)，而B 截面侧壁坯料线处于平直状态，板料在外观面形成拉应力。正是这种相反应力的存在，导致整形到底后，会存在如图8(b)所示的压、拉应力状态。

因此，可以通过调整该处的过拉延工艺补充参数，缩短A、C 截面处的线长，并使整形刀块触料时间点提前，以此改变A、C 截面处整形到底前的应力方向；对于B 处截面，通过增加底部R 角，延迟整形刀块触料时间点，以此调整B 截面的拉应力值，使各截面的应力趋于均衡，优化方案及对应的分析结果如图12所示。

实际改善结果

根据以上分析，结合实际模具情况，对OP10 模具侧围外板C 柱台阶的过拉延进行加工调整，并通过增加氮气缸数量，将OP20 模具的上压板压力从原来的40t 提升至80t。图13 为修模后重新上机进行调试获得的侧围外板，其C 柱区域的凹陷有了较大的改善，光影趋势与产品设计一致，满足量产要求。

结束语

侧围外板是外覆盖件中极其重要的产品之一，其光影扭曲会影响整车的感知质量，必须进行整改。通过对现场实际产品及模具情况进行分析，并结合CAE模拟结果得出，缺陷主要由OP20 整形时产品相关区域应力分布不均引起，优化OP10 过拉延工艺，补充及增加整形时上压板的压料力，可以平衡应力分布，整改后上机调试获得了符合质量要求的产品。