车门外板锐棱制作及其面品改善方案实例研究

刘亚刚

摘  要：锐棱就是将外覆盖件的主棱线R角做得很小，趋近于R0效果，让板件看上去更有质感和层次感。外覆盖件锐棱处的面品缺陷是各个车厂所关注的重要问题之一。在车门外板项目开发过程中，车门外板有锐棱要求并在现场调试阶段出现了外观面品缺陷，通过多种方案的尝试，制作出了车门外板锐棱效果，同时锐棱处的面品缺陷得到了最大限度的改善，提高了板件的面品质量、板件成型后的稳定性，减少了现场钳工反复上压机合模的时间，降低了在现场为改善面品缺陷重新3D型面加工、研合、调试的费用，使项目的成本得到了降低并缩短了项目的生产周期。

关键词：车门外板;锐棱制作;面品改善;汽车模具

0  引言

近几年随着汽车行业发展迅速，各个车厂对自己的产品精益求精，对汽车外覆盖件的外观造型要求越来越高，很多车企都在外覆盖件上制作了锐棱效果，所谓锐棱就是将外覆盖件的主棱线R角做得很小，趋近于R0效果，让板件看上去更有层次感，如侧围、车门外板、机盖外板、后背门外板、叶子板等外覆盖件都有做锐棱的案例。汽车外覆盖件的质量对整个汽车质量有着重要的影响，这就促使人们千方百计地为了提升板件的质量而不断地去探索研究板材冲压成形理论和成形技术。由于汽车外覆盖件大多都是三位空间型面，所以其冲压成形中的变形复杂，变形规律不好把握，影响质量问题的因素错综复杂^[1]。由于零件面品不达标会导致模具厂无法按时交模，外覆盖件的外观面品问题一直困扰着各个汽车模具厂，如前后车门外板门把手附近表面光影不顺的问题，前后车门外板主棱线滑移的问题，顶盖尾部局部下榻的问题，等等。这些面品问题会直接影响整车的外观品质，从而影响消费者的主观意识，需要寻找优化或解决方案。

车门外板是每个车主接触最多的板件，每次上车都要先直面车门外板，所以对其外观质量是A级标准要求，A级型面对于光照缺陷非常严格，外覆盖件生产后都要先烤漆，然后进行板件的光照测试，看A级型面的在光照下，线条是否光顺，且要求线条连续无断差，对于成型出来的外覆盖件的光顺度有着非常高的要求。如图1所示，由于车门外板上的锐棱是设计在主棱线上，而且存在一边凸R、一边凹R的过渡区域，对于拉延的成型性较难控制，易导致板件开裂，因此锐棱成型是难题。

1 锐棱成型的难点分析

此项目为2019年笔者所在公司开发的某品牌汽车公司车门外板项目。此项目为短周期项目，给各工段的开发周期都比较短，因此在前期工艺阶段，必须保证车门外板的冲压可行性，尽量在现场无成型性问题，减少模具反复修改。车门外板按4工序的方案执行，其中为了保证锐棱成型性及其面品，笔者组织现场调试专家一起讨论了方案，利用他们现场的丰富调试经验，在前期工艺阶段规避一些问题，对拉延的成型性进行了大量的CAE计算，整个锐棱的成型都在拉延模完成，但在钳工调试模具时还是出现了锐棱处在成型过程中开裂和后期曲率不顺的面品问题。

2 锐棱成型方案设计与优化

2.1 产品造型方面

车门外板锐棱处出现问题的首要因素就是产品自身的造型，它先天决定了缺陷程度大小。项目启动后刚接到客户提供的产品数模，笔者就组织现场专家开专题会议讨论制作锐棱的事情，将严重影响板件锐棱成型性的产品造型，如车门外板锐棱两侧产品凸R角和凹R角的太小，凸凹R区域的过渡区域等问题，都给客户提了产品数模同步工程（产品发于模具厂家制作，与产品造型制作同时进行），建议客户在不影响整车装配和保证间隙的前提下合理优化产品数模，减小由于产品自身造型造成的缺陷。此外在冲压方向上让锐棱左右侧的夹角尽量一致。

2.2 工艺方面的优化

2.2.1 车门锐棱开裂及曲率不顺的原因及检测方法

车门外板锐棱开裂是板件成型性问题，出现在第一工序板件成型时产生的，由于凸模锐棱处造型R角是做到趋近R0的状态，导致板件在接触到后成型凸R和凹R造型时走料不均，左右受力不均，导致锐棱处A面出现了开裂的问题，同时需要对工艺补充面做优化处理，工艺补充是指为了顺利拉深成形处合格的制件，在冲压件的基础上添加的那部分材料。工艺补充是拉深件设计的主要内容，不仅对拉深成形起重要影响，而且对后面的修边、整形、翻边等工序的方案设计也有重要的影响^[1]。在后期锐棱成型性问题解决后又出现了锐棱附近板件曲率不顺的面品缺陷。曲率不顺的问题我们利用了排除法得到问题出在拉延工序上，检测方法是油石检测法，就是利用油石在板件上打磨确认油石在板件上磨出来的曲率痕迹是否连续即可。从第一序的工序件油石痕迹可以判定问题是在第一序产生，但为了确认后序是否有加剧外观缺陷，又对后三序的板件进行了确认，结果反馈后序对外观缺陷无加剧的效果。

汽车模具行业对于外覆盖件面品检测方法之一是利用规格为300/500/1000号的油石，在工序件上可能存在外观缺陷的区域来回打磨，方向与锐棱R角处成45度，通过油石打磨会在工序件上留下痕迹线，如果痕迹断断续续则表示面品存在缺陷。工艺补充面的造型好坏也是决定面品有无缺陷的关键因素之一。之前项目的车门外板主棱线也是凭借现场专家的经验来指导工艺制作，现场出件后利用油石进行检测。如果出現面品缺陷就必须对型面进行更改，按照加工、合模、调试、出件的制作流程再走一遍，之后才能进行检测，非常浪费时间，增加了制造成本。我们通过CAE模拟软件-AUTOFORM来检测外观面品缺陷，这个功能可以模拟真实油石检测的原理，其中Store Length表示油石的长度，根据实际情况选择不同长度的油石，如外观有缺陷就会呈现红色。通过以前一些项目的外覆盖件验证，此功能的准确度较高。在确认AUTOFORM中的此命令检测的可行性后，制作工艺补充造型的方案，然后通过AUTOFORM进行模拟，确认缺陷程度。另外一种方法是通过观察板件的斑马线来检测板件曲率是否连续^[2]。A7F2C8BF-B95D-4F22-8EC5-0995DAE547A0

2.2.2 针对车门外板锐棱处区域的工艺制作方案

针对车门外板锐棱处曲率不顺问题，我们设计了如下三种方案：

1）按现有工艺状态进行AUTOFORM模拟分析，看斑马纹检测结果和油石检测结果，确认是否存在板件曲率问题。

2）将凸模锐棱处的R角做到R0.5和R1的状态，看斑马纹检测结果和油石检测结果，确认是否存在板件曲率问题。

3）针对现场反馈的情况，笔者判断出问题的原因是由于成型凸R和凹R造型时走料不均，左右受力不均导致曲率不顺。这样可以在原来工艺的基础上，将水切处产品之外的余肉进行处理，让板件接触凸模后左右受力均匀，不会发生左右偏移的状态，利用AUTOFORM模拟分析。另外让压料面碰触锐棱时保证同时接触。

根据以上方案的模拟测试结果，我们发现第三种方案缺陷较轻，不过拉延模修改量较大，需要在凸模水切处局部补焊，追加工凸模，对上凹模进行追加工。

2.3 结构图设计方面

在结构上，整个模具在成型过程中力的传导不好，凸模和上凹模局部产生微量变形，影响了板料在成型过程中的走料状态。经过分析，原因在于锐棱处只是纵向设计三根到底肋，受力筋状态不好，因此在后续设计中，凸模和上凹模需要延着主棱线布置到底肋，让模具受力稳定。

3 加工数据制作方面

因车门外板主棱线和以往的不同，所以在主棱线的加工数据也要做特殊处理，才能解决板件成型时开裂的问题。一方面，不能让凸模的锐棱将板料戳破。这就需要板料在接触凸模后，在锐棱尖端只有一面接触，另外一侧做避空处理，而且上模锐棱凹型面无法做成和凸模一样R0的效果。由于此逃料区域非常小，高度0.4mm，宽度0.4mm，需要定制特殊刀具来完成加工工作。另一方面，要将板件压死，在锐棱的左右侧设置强压区域。此面由制作加工数据的人员做单独处理，避让槽左右侧长度10～15mm區域做0.05～0.08mm的强压面，然后在做10～20mm的过渡区域，将强压值过渡到正常型面值。此加工面做好后还要返回到AUTOFORM中进行斑马纹检测和油石检测，如果没有问题便用此面做加工数据。

在凸模锐棱加工过程中还需要注意加工轨迹、进给速度、转速等参数。

4 钳工调试研合方面

车门外板的模具型面加工完成，现场试模打件后，利用三坐标测量仪对车门外板锐棱区域进行扫描判定板件造型尺寸是否正确，如果尺寸不正确时再根据情况来决定对策：如果车门外板锐棱区域低于数模，则通过修改加工数据，重新将模具上下模上机台加工，机加工完成后由钳工上压力机调试研配型面。如果车门外板锐棱区域高于数模，则通过修改加工数据，下模直接上机台加工型面，上模要进行降刻处理（由于是外覆盖件板，一般不在型面上做补焊处理），机加工完成后由钳工上压力机调试研配型面，进行蓝丹合模调试，保证强压区域的蓝丹为泛白状态。

车门外板从工艺部、结构部、制造部和制模部四个部门做好以上六个方面，再对车门外板锐棱区域是否会存在面品缺陷做整流程跟踪，模具加工完成后交钳工合模调试压件[3]。车门外板锐棱现场油石检测件，修改后油石打磨的痕迹线基本上都连续的，并且与当时CAE模拟的油石检测图片做比对，也基本上吻合。为了进一步确认板件状态我司提供交样板件给客户，客户会试装车并对板件进行喷漆光照，确认板件是否存在尺寸及面品缺陷，没有问题即满足客户的需求，板件合格。

5 结论与展望

针对车门外板锐棱处成型性问题，设计了多种方案，利用AUTOFORM模拟出板件成型性结果，然后对各个方案的结果进行分析，现场对模具进行加工调试，成功解决了某公司车门外板的锐棱成型性问题。我们选择将精力放在前期工艺上，这样才能起到有效控制成本，缩短制造周期，提升工作效率的作用。未来汽车行业锐棱技术的应用将会越来越广，不过不同的车门外板其造型不一，面品缺陷也千差万别，需要针对性地做好前期工艺方案的设计，以最优的状态投入到生产。

参考文献：

[1]李雅. 汽车覆盖件冲压成形技术[M]. 北京：机械工业出版社，2018

[2]魏春谊，孙胜伟，李惠龙，等. 汽车冲压车身锐棱技术发展浅谈[J]. 汽车工艺与材料，2020（5）：30-33

[3]陈超，陈开朗，刘丽莉. 铝板冲压锐棱技术的研究[J]. 锻造与冲压，2021（10）：24-29A7F2C8BF-B95D-4F22-8EC5-0995DAE547A0