汽車側圍外板翻邊工序變形問題分析及工藝改進

文/任維立，楊希，康育彰·長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心

汽車側圍外板翻邊工序變形問題分析及工藝改進

文/任維立，楊希，康育彰·長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心

任維立，沖壓車間主管，助理工程師，主要從事沖壓件質量管理工作，參與策劃哈弗H6車型、長城C50車型、哈弗H2車型沖壓件模具調試、模夾聯調相關工作，獲得2013、2014年度優秀員工稱號。

翻邊成形是沖壓件成形工藝中常用的一種方法，尤其是復雜汽車覆蓋件生產中不可缺少的一道工序。翻邊容易出現變形、起皺、開裂等缺陷，影響生產效率，造成顧客抱怨。針對側圍外板翻邊過程產生變形的問題，分析其成形機理，改進模具結構，在實際生產時可對類似問題起到借鑒意義。

汽車側圍外板是車身覆蓋件最重要的部件之一，其特點是尺寸大，結構復雜，搭接關系多。因其復雜的成形工藝，在實際生產中經常會出現起皺、開裂、變形等缺陷。側圍外板是車身外覆蓋件，因此對其質量和尺寸精度要求也非常高，“A”級面是不允許有任何缺陷的。

翻邊工藝是側圍外板在沖壓成形過程中不可缺少的一道工序，本文針對側圍外板翻邊時產生的變形問題，分析原因并改進模具結構，最終解決了翻邊工序產生的變形問題，保證了側圍外板的質量和順利生產。

零件工藝分析

目前很多汽車廠為了壓縮成本，側圍外板的模具工序數常設計為4序，因此為了保證模具的結構強度以及沖壓件的質量，結果使得側圍外板成形工藝變得更加復雜。側圍外板需要與頂蓋、前風窗以及后背門框進行搭接，產品上存在負角，后工序需要進行側翻邊整形工藝。本案例中側圍外板翻邊工序變形問題發生在OP30序，變形位置在上邊梁前門框處，如圖1所示。

圖1 側圍零件

原因分析

針對側圍上邊梁變形問題對模具進行排查為OP30序整形造成。OP30序上邊梁為側翻邊整形，采用滑車機構，由于滑車機構較大，為確保精度，采用導柱導向結構；在側翻邊整形過程中存在側向力（模具凸模受到與沖裁方向垂直、使凸模產生單向彎曲力矩的作用力）。造成板料受力不均，受到側向力作用，導致側圍上邊梁側翻邊在整形過程中變形。

圖2 側翻邊結構

壓料芯受力不穩定

從圖2中可以看出，由于B處為懸空結構，斜楔運動過程中，下斜楔回程時對上斜楔產生的反作用力集中在A點。側壓料芯單側符形，使其在工作時產生側向力（模具凸模受到與沖裁方向垂直、使凸模產生單向彎曲力矩的作用力），虛線表示壓料芯在受到側向力時產生的位移。

工作過程中，側圍外板上邊梁變形部位對應的沖裁力為335t，受到的阻力為氮氣缸的彈力，為對應部位沖裁力的1/3，則楔塊間的正壓力為271t，斜楔上受的側壓力為110t，螺栓強度等級為10.9的螺栓的抗拉強度為1000MPa，抗剪強度σ為900MPa，M16螺栓有效面積As為157mm2，則M16螺栓的抗剪能力為141300kg?，F每根螺栓受到的側向力F側為22t=22000kg＞141300kg。由于模具結構設計不合理，造成壓料芯受力不穩定，使制件產生變形。

壓芯螺栓強度不夠

在斜楔工作過程中，壓料芯受到的力為設備的沖裁力和下斜楔的反作用力，而在卸載過程中僅受到下斜楔的反作用力，在拉伸方向上的受力為F，壓料芯受到的沖裁力為223t，現模具上安裝的螺栓規格為M16，有效截面積為157mm2，所受載荷超出M16自身容許載荷，導致螺栓斷裂（圖3）。

圖3 壓芯螺栓

工藝改進

增加鑲塊

將鑲塊嵌入模座并放置在側向力方向上，既起阻擋凸模傾斜的作用，又能起到導正凸模的作用，使得側圍外板在側翻邊整形過程中受力平衡。

在側翻邊模具結構懸空處增加鑲塊后（圖4），工藝改進后模具在工作過程中，下斜楔傳給上斜楔的力由集中在A點變為A、B兩點，增大了壓料芯的受力面積，使壓料芯受到的側向力減小，確保螺栓安全，在B處增加平衡塊后壓料芯受到下斜楔傳遞給上斜楔的力。增加平衡塊后壓料芯受到的側向力為80t，則每根螺栓受到的側向力F為16t＜22.05t。

圖4 優化后模具結構

通過計算壓芯螺栓所承受的實際載荷，將螺栓規格由M16換成M20，提高壓芯螺栓的強度，保證模具工作時壓料芯受力的穩定性。

結束語

合理的模具結構能使模具工作時受力均勻，不易偏載，應力集中小。模具設計的原則是保證足夠的強度、剛度、同心度、對中性和合理的凸凹模間隙，并減少應力集中，以保證由模具生產出來的制件符合設計要求。本文中通過對翻邊模具的結構改進，解決了側圍外板側翻邊整形時的變形問題，降低了制造成本，同時保證了生產效率。