汽車翼子板的前門區(qū)域尺寸匹配控制方法研究

（上汽大眾汽車有限公司 車身規(guī)劃模具中心，上海 201805）

汽車覆蓋件零件中翼子板相對(duì)于其他外覆蓋件來說結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。不同車型的翼子板匹配區(qū)域有所不同，如果匹配區(qū)域越多，產(chǎn)品形狀就越復(fù)雜，沖壓成形時(shí)尺寸精度就越難控制[1—8]。其中，與前門的匹配精度是影響汽車外觀質(zhì)量的重要因素之一，也是翼子板模具制造的主要評(píng)價(jià)依據(jù)，因此，文中將對(duì)翼子板與前面的匹配精度控制展開研究。

翼子板成形工序較多，一般包括拉延、切邊、翻邊整形等工序。由于產(chǎn)品轉(zhuǎn)角多，一般需要兩次翻邊才能保證成形質(zhì)量，因此，翼子板成形過程中回彈比較大，尺寸精度控制是很困難的，這也是行業(yè)的難題之一[9—14]。

為了解決這個(gè)行業(yè)難題，將從拉延補(bǔ)充工藝面造型、直翻工藝、側(cè)翻角度3個(gè)方面來優(yōu)化成形工藝，依據(jù)回彈掃描結(jié)果進(jìn)行局部回彈補(bǔ)償，以研究翼子板的前門區(qū)域尺寸匹配控制方法[15]。

1 工藝方案對(duì)平整度的影響

覆蓋件零件中與翼子板匹配的零件見圖1，翼子板與前蓋、側(cè)圍A柱、前門、大燈以及前保險(xiǎn)杠等零件都需要匹配，所以翼子板成形過程復(fù)雜，翼子板在前門區(qū)域的成形工序主要有“拉延-切邊-直翻邊-斜楔翻邊整形-精切邊沖孔”等6序，工序排布見圖2。

翼子板與前門區(qū)域匹配的位置比較明顯，尺寸也比較長，要求也很高，一般間隙公差一般為-0.5～+0.5，平整度公差為0～+0.4。為了達(dá)到尺寸評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別從拉延補(bǔ)充工藝面造型、直翻工藝、側(cè)翻角度3個(gè)方面來研究翼子板與前門區(qū)域尺寸匹配控制方法。

圖1 翼子板前門區(qū)域匹配Fig.1 Dimiension match of fender in door-side area

1.1 拉延補(bǔ)充面造型影響

工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)主要保證拉延成形時(shí)板料變形充分且均勻，減薄率超過 4%，并有效控制開裂風(fēng)險(xiǎn)和表面缺陷，此區(qū)域常用補(bǔ)充面截面形狀見圖3，三維造型見圖4。

為了控制翼子板與前門區(qū)域匹配尺寸，在常用補(bǔ)充面基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在翻邊面增加水滴形狀的吸料凸包，以改善前門區(qū)域翻邊多料的現(xiàn)象，增加水滴的形式及位置見圖5。

圖3 翼子板與前門匹配區(qū)域的補(bǔ)充面形狀Fig.3 Drawing addendum geometry of fender and front door match area

圖4 翼子板無水滴常用補(bǔ)充工藝面Fig.4 Fender drawing addendum without water-drop shape

圖5 翼子板帶水滴補(bǔ)充工藝面Fig.5 Fender drawing addendum with water-drop shape

常采用無水滴和改進(jìn)帶水滴的補(bǔ)充面 2種方案進(jìn)行全工序成形模擬，回彈模擬結(jié)果見圖6。

由回彈模擬結(jié)果可以看出，增加水滴方案并未對(duì)前門區(qū)域平整度產(chǎn)生有利影響，分析對(duì)比回彈量增量可知，無水滴的回彈模擬結(jié)果最低處為-0.4 mm，帶水滴的回彈模擬結(jié)果最低處接近-1 mm，因此對(duì)于此零件前門區(qū)域補(bǔ)充工藝面仍采取傳統(tǒng)模式，有利于平整度的控制，但是不同零件、不同結(jié)構(gòu)面、不同水滴形狀和位置都會(huì)對(duì)實(shí)際拉延和翻邊成形產(chǎn)生不同程度的影響，因此此種優(yōu)化方案仍需在其他項(xiàng)目中進(jìn)行嘗試和驗(yàn)證。

圖6 2種補(bǔ)充面造型的回彈模擬結(jié)果Fig.6 Springback simulation result of two different drawing addendums

1.2 直翻翻邊工藝對(duì)匹配尺寸影響

前門匹配區(qū)域一般需要兩次翻邊整形，分別為垂直翻邊和斜楔翻邊，垂直翻邊和斜楔翻邊都會(huì)對(duì)前門匹配區(qū)域的平整度造成影響。為了優(yōu)化垂直翻邊工藝，設(shè)計(jì)了4種不同參數(shù)組合方案，以進(jìn)行成形模擬對(duì)比。參數(shù)組合和模擬結(jié)果見表1，研究對(duì)象為前門區(qū)域OP40垂直翻邊（翻邊面長度為45 mm）。

表1 垂直翻邊方案比較Tab.1 Comparasion of vertical flanging processes mm

圖7 4種翻邊方案回彈模擬結(jié)果Fig.7 Springback simulation result of four flanging processes

4種垂直翻邊方案的回彈模擬結(jié)果見圖7，方案3的前門平整度落差更大，整體落差在2.2 mm左右，最大值-1.11 mm左右；方案4的前門平整度落差1.4 mm左右，最大值為-0.8 mm，因此夾料翻邊比不夾料翻邊更有利于前門平整度的控制。方案2與方案1相比，前門平整度落差2.0 mm，最大值-1 mm，略小于方案1，因此翻邊深度淺比翻邊深度大更有利于前門平整度的控制，因此，用翻邊高度小、帶夾料的垂直翻邊工藝更有利于翼子板零件前門區(qū)域的尺寸控制。

1.3 側(cè)翻翻邊角度影響分析

翼子板前門區(qū)域在 OP40直翻之后，OP60側(cè)翻工序?qū)α慵钠秸扔绊懜蟆榱藘?yōu)化OP60側(cè)翻工藝，文中嘗試改變斜楔角度，采用側(cè)整的方式，制定了 4種方案比較斜楔角度對(duì)翼子板前門區(qū)域平整度的影響，具體斜楔角度和平整度模擬結(jié)果見表2，研究對(duì)象為前門區(qū)域OP60斜楔翻邊，回彈模擬結(jié)果見圖8。

方案1前門最低點(diǎn)-1.6 mm，從A柱上部到A柱下部平整度落差2.5 mm；方案2最低點(diǎn)-1.1 mm，落差1.5 mm；方案3最低點(diǎn)-1.0 mm，落差1.4 mm；方案4最低點(diǎn)-0.8 mm，落差1 mm。無論是平整度最高/最低值還是整體落差，側(cè)整方案的回彈模擬結(jié)果都整體優(yōu)于側(cè)翻的回彈結(jié)果，側(cè)整1°與側(cè)翻的改善差值最大，隨著側(cè)整角度的增大，改善程度趨于平緩，并且平整度負(fù)值較大的區(qū)域向 A柱下部轉(zhuǎn)移，這種趨勢有利于回彈補(bǔ)償方案的制定，因此，翼子板前門區(qū)域第二次翻邊采用側(cè)整的方式更有利于平整度的控制，并且比較小的側(cè)整角度就能達(dá)到明顯的效果。

表2 斜楔角度對(duì)翼子板前門區(qū)域平整度影響Tab.2 Effect of cam angle on fender flatness in door-side area

圖8 不同斜楔角度回彈模擬結(jié)果Fig.8 Springback simulation result of different cam angles

2 回彈補(bǔ)償對(duì)平整度的改善

OP20至 OP70工序的優(yōu)化可以保證工藝方案處于良好的狀態(tài)，但是翼子板前門區(qū)域平整度整體仍有落差，為了進(jìn)一步提高平整度，必須進(jìn)行回彈補(bǔ)償。根據(jù)夾持方案、裝車質(zhì)量評(píng)估、補(bǔ)償數(shù)據(jù)等因素制定了翼子板的補(bǔ)償區(qū)域方案，見圖9。

在翼子板前期工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段，回彈補(bǔ)償區(qū)域和補(bǔ)償量主要依據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果。影響回彈的因素非常復(fù)雜，數(shù)值模擬回彈的精度還有待進(jìn)一步提高，但是一般情況下數(shù)值模擬回彈與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果的趨勢比較一致，因此前期工藝設(shè)計(jì)階段的回彈補(bǔ)償仍具有參考意義。

為了準(zhǔn)確進(jìn)行回彈補(bǔ)償，回彈補(bǔ)償量主要根據(jù)現(xiàn)場試模的掃描數(shù)據(jù)來制作，如圖10所示，翼子板前門區(qū)域的補(bǔ)償量制定不僅要滿足零件自身的平整度要求，還要考慮其與匹配零件的相互關(guān)系，翼子板與前門的匹配關(guān)系見圖11，翼子板前門區(qū)域平整度要求為 0～-1，因此前門區(qū)域的補(bǔ)償量略高于回彈模擬結(jié)果的落差，實(shí)現(xiàn)正差值，前門區(qū)域最大負(fù)值為-0.2 mm，補(bǔ)償量為+0.4，實(shí)現(xiàn)正差值。

圖9 翼子板補(bǔ)償區(qū)域方案Fig.9 Scehme on fender springback compensation area

圖10 翼子板補(bǔ)償區(qū)域和補(bǔ)償量Fig.10 Fender compensation area and compensation dimension of fender

圖11 翼子板與前門匹配關(guān)系Fig.11 Match relation between fender and front door

在拉延補(bǔ)充工藝面造型、直翻工藝、側(cè)翻角度3個(gè)方面工藝優(yōu)化基礎(chǔ)上，進(jìn)行局部區(qū)域的回彈補(bǔ)償，使翼子板的前門區(qū)域匹配精度較好地達(dá)到評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，如圖12所示。

圖12 翼子板的前門區(qū)域匹配結(jié)果Fig.12 Match result of fender in front door-side area

針對(duì)翼子板的前門區(qū)域匹配問題提出了一套工藝優(yōu)化和回彈補(bǔ)償方案，這套方案經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，適合大多數(shù)翼子板零件，是一套比較通用有效的工藝方案。

3 結(jié)論

從拉延補(bǔ)充工藝面造型、直翻工藝、側(cè)翻角度3個(gè)方面進(jìn)行工藝優(yōu)化，根據(jù)現(xiàn)場回彈掃描結(jié)果進(jìn)行局部回彈補(bǔ)償，建立了翼子板的前門區(qū)域匹配優(yōu)化方案，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這套方案適合多數(shù)翼子板零件，可以有效保證翼子板與前門匹配處平整度。

1) 對(duì)于翼子板的前門匹配區(qū)域，傳統(tǒng)不加水滴的補(bǔ)充工藝面更有利于平整度的控制。

2) 在直翻工序中，翻邊高度小，帶夾料的垂直翻邊工藝更有利于翼子板的前門區(qū)域尺寸控制。

3) 在側(cè)翻整工序中，采用側(cè)整的方式更有利于平整度的控制，并且比較小的側(cè)整角度就能達(dá)到明顯的效果。

4) 在回彈補(bǔ)償中，前門區(qū)域的補(bǔ)償量略高于回彈模擬結(jié)果的落差，實(shí)現(xiàn)正差值。