侧围外板后保险杠处成形缺陷问题解决方案
2024-04-29毕四龙
毕四龙
（四川成飞集成科技股份有限公司， 四川 成都 610091）
0 引 言
侧围外板是汽车覆盖件中关注度较高的零件之一，其具有造型复杂、尺寸大、匹配关系多、成形难度大等特点，在实际生产中会产生诸多问题，因此在工艺设计、CAE仿真、调试制造过程中都会有各种改善方案来应对。虽然不同车型的造型需求不同，但在同一部位产生的问题具有一定的典型性，现介绍某侧围外板后保险杠处成形问题及解决措施。
1 零件成形问题
1.1 零件造型
侧围外板后保险杠处的结构根据车型略有不同，某车型侧围外板后保险杠处造型如图1所示，由于棱线R值较小，内表面数模仅为R1.3 mm，拉深工序如果采用零件数模直接成形会开裂，需采用过拉深工艺，后工序进行整形。由于后保险杠处A面（外观面）与轮毂处安装面的台阶高度相差较大，如图2所示，台阶最深位置为39 mm，最浅位置为16 mm，采用过拉深后进行整形容易起皱，同时尖点R值过小，拉深后材料已硬化，整形后常伴随开裂问题。
图1 某侧围外板后保险杠处结构
图2 侧围外板后保险杠处不同位置高度值
1.2 拉深补充造型
图1所示区域的冲压工艺排布为拉深、修边、整形，该处的拉深补充造型对成形效果至关重要。表1所示为初期尝试的3种拉深造型方案，并对各方案进行了CAE分析验证，仅对拉深后侧围处板后保险杠处局部造型进行更改，其余工艺参数不变。
表1 3种拉深补充方案
从表1可以看出，改变拉深造型对整形开裂与起皱影响较大，可以通过缩短拉深补充线长的方式优化起皱，控制成形深度及过拉深量解决开裂问题。综合对比，方案2成形效果较好，但以上3种方案都不能完全解决成形缺陷问题。整形时触料的先后时序不同是导致起皱的主要原因，如图3所示，区域1整形时先触料，将多余的料向区域2堆积，导致区域2产生起皱且棱线上抛。因此拉深补充应保证各区域的整形量尽量相同，同时还要考虑尖点开裂问题，在棱线尖点处进行球化处理，拉深后的减薄率不宜过大，应控制在20%以内，整形后尖点减薄率控制在25%以内，最大失效值需小于0.8，保证整形后不开裂。
图3 整形起皱区域
2 零件结构优化
经过上述分析，零件起皱区域是由于台阶高度差过大，减少台阶的高度差是零件结构优化的方向，以下3种优化方案都是基于方案2的后工序整形。
2.1 优化方案一
在靠近轮毂处的后保险杠安装面根部设计1个凹陷造型，造型深度最大为7 mm，如图4所示，通过增加凹陷减少台阶的高度差。方案一CAE分析结果如图5所示，靠近轮毂处上模整形镶件比原来提前触料，起皱情况得到改善，仅在棱线处有轻微的上抛。
图4 零件结构优化方案一
图5 方案一CAE分析结果
2.2 优化方案二
更改靠近轮毂处的侧壁角度，将此处的侧壁角度调整为与冲压方向一致，通过控制早期成形的侧壁间隙来改善起皱问题，如图6所示。方案二分析结果如图7所示，起皱情况同样也得到了改善，但在棱线处仍然出现了上抛。
图6 零件结构优化方案二
图7 方案二CAE分析结果
2.3 优化方案三
增加靠近轮毂处的顶部棱线的高度，减小台阶的相对高度差，使顶部棱线处在整形时与上模镶件提前触料，如图8所示。方案三CAE分析结果如图9所示，起皱还是集中在棱线处，棱线上抛现象仍然存在。
图8 零件结构优化方案三
图9 方案三CAE分析结果
对以上3种零件结构优化方案进行分析，降低台阶的相对高度差能够起到作用，3种方案均可以减轻起皱情况，但在棱线处都没有较好地解决上抛现象。相对方案一的效果最好，零件台阶的高度差H应控制在5 mm以内，但由于零件结构功能受限，客户不能接受方案一和方案二的优化方式，仅同意方案三的零件结构更改，加高轮毂处棱线，使台阶过渡平缓。
3 工艺方案优化
虽然零件结构优化能够起到一定作用，但是不能完全解决零件的成形缺陷问题，需要进一步优化成形工艺。采用的方式为拉深后修边保留侧围外板后保险杠处尾部位的废料，整形工序需要压料成形，最后精修至零件尺寸，如图10所示。
图10 冲压工艺排布
由于起皱区域在靠近轮毂处，压料整形工序需要从2个方向控制材料流动，即a、b方向（见图10），修边工序要保留相应区域的废料。为了保证A面的成形质量，零件内部压料需强压，外部补充面区域弱压，如图11所示，整形时材料由外向内流动，不能拖动A面。优化成形工艺后，成形过程中板料基本无起皱，如图12所示。
图11 压料整形工序压料器结构
图12 压料整形CAE分析结果
如图13所示，通过拉深补充、零件结构、工艺排布的优化，经CAE分析验证，实际零件出件后的成形情况良好，满足质量要求，且批量生产时成形稳定，为类似问题提供了改善思路。
图13 批量生产零件
4 结束语
侧围外板后保险杠处造型为了满足零件功能性需求，如果前期不能较好地控制零件的成形性，在后期的调试及批量生产中会产生缺陷问题，增加了调试周期及制造成本。通过拉深补充造型、零件结构、冲压工艺的优化，能使侧围外板后保险杠处区域的成形性得到改善，并达到质量要求，其中零件结构优化尽量在冲压同步工程阶段进行，优化方案会更容易通过。
