過拉延工藝方法在沖壓件造型開發中的應用

范彬，張興峰，薛王雄，郭航航

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

1 前言

沖壓加工是汽車行業傳統的工藝方法，雖然新工藝、新材料在汽車行業的應用日新月異，但沖壓加工仍然是白車身制造的基礎。

汽車工業發展到今天，汽車外觀造型愈加傾向于給消費者帶來更強烈的視覺沖擊，外觀造型更加動感、有力，棱線更加明顯，以期傳遞獨特的設計理念及品牌形象。因此，駕駛室造型設計時對應的鈑金件圓弧R 角尺寸更小，棱線更加清晰；特別是外覆蓋件的設計時，為保證與外飾件匹配時的間隙、面差要求更加均勻、美觀，對圓弧角的大小要求更加苛刻，這就對沖壓加工提出了更高的要求，使工藝難度進一步提升。

2 沖壓件成型開裂的常規解決方案

我公司在一款新型重卡駕駛室的設計開發時，為保證駕駛整體造型風格及側面造型的美觀度需求，凸顯側圍外板及側工具箱匹配處的間隙均勻且尺寸小，將側圍外板后部拐角處圓弧角設計為R=7mm，如圖1 所示。

圖1 側圍外板后部與工具箱匹配圓弧角

側圍外板制件整體外形尺寸較大，長寬尺寸超過2000×1600mm，且局部形狀變化較為劇烈，為保證制件的沖壓成型性，原材料選定為拉延性能較為優異的寶鋼超深沖用的冷軋鋼板DC06，材料厚度T=1.0mm。

為保證產品設計的質量，我們在產品數據設計的同時開展工藝同步分析，采用CAE 分析軟件Autoform 對側圍外板進行沖壓成型性分析。CAE 分析結果顯示后部拐角處存在成型缺陷，Thinning 顯示局部減薄率高達34%，超過我公司規定的DC06 材料減薄率最大25%的安全上限，拐角處成型開裂；且分析結果表明制件表面有藍色起皺風險區域存在，Wrinkling criterion 提示有起皺變厚超過0.022；無法采用單純調整工藝參數的方式解決以上問題，分析結果如下圖2 所示：

圖2 Autoform 分析時側圍外板存在開裂及起皺風險

針對分析結果常規的解決辦法就是增大開裂處圓弧角的尺寸，并且在起皺風險區域增加特征筋，吸收此處存在堆積趨勢的材料，消除起皺隱患；更改后的產品數據如下圖3 所示：

圖3 圓弧拐角尺寸增大后的產品數據

更改后的產品在相同工藝參數下數據繼續用Autoform進行分析驗證，圓弧拐角處的開裂得到消除，最大減薄率為20%，增厚起皺的風險區域范圍減小，且最大增厚量小于0.01mm，滿足產品質量要求，具體內容如下圖4 所示：

圖4 更改后的成型性分析

更改后的數據滿足鈑金件成型工藝性要求，但是付出了增大圓弧角尺寸的代價，導致側圍外板與側工具箱及后部外飾件三者之間的局部匹配間隙變大，出現了 俗稱“老鼠洞”的匹配缺陷，嚴重影響了駕駛室側面的整體美感，如下圖5所示：

圖5 圓弧增大前后與外飾件的匹配間隙對比

因此，解決小尺寸圓弧角導致的成型性問題不能單純采用增大圓弧R 尺寸的方式，否則會引發匹配間隙不均勻的新問題，徹底解決此類問題就必須采取新的工藝解決方案。

3 過拉延工藝解決方案

過拉延工藝是在原圓角的切點處延伸一定量，做一個比原拔模角大的側壁，在該拉延面和側壁的相交處倒一個比原圓角大一些的圓角，這樣拉延的時候就可以保證該部位不開裂，后續可采用整形工藝使過拉延部位整形到產品要求的形狀。

過拉延的工藝方法可以有效的解決鈑金件沖壓成型時小圓角及小拔模角導致的開裂問題，能夠保證在原來設計圓弧角尺寸不變的前提下順利成型。

方案確定后，側圍外板的拐角處采用過拉延的工藝方案進行成型性分析。做過拉延的工藝補充時，工藝補充造型可以確保在圓弧角尺寸不變的前提下順利成型；但單純以解決成型開裂為目標設計的工藝補充造型為在側圍后部拐角處漲起一個凸包，采用圓弧過渡，雖然在工具箱閉合狀態下不可見，但在開啟狀態下工藝補充造型與產品整體造型不匹配，不美觀，如下圖6 所示：

圖6 單純采用過拉延工藝時的補充造型

為了保證側圍的整體外觀及側工具箱開啟狀態下的美觀程度，將過拉延工藝補充進行造型美化設計。結合側圍外板與側工具箱前側匹配處的外部造型，將側圍外板與工具箱前后兩側匹配處的造型進行相同設計，使之前后形狀基本對稱，如圖7 所示。

圖7 過拉延工藝補充造型優化后的局部產品外形

按照優化后的過拉延工藝補充造型采用Autoform 進行成型性分析，Thinning 顯示圓弧角處的減薄率為18%左右，滿足材料的減薄率要求；Wrinkling criterion 顯示局部有起皺趨勢，但是增厚在0.005 左右，滿足成型區域增厚＜0.02 的控制標準。

側圍外板的整體CAE 分析結果顯示，優化過拉延的工藝補充造型后，在保證制件圓弧角尺寸不變的前提下，制件成型結果良好，如下圖8 所示：

圖8 過拉延工藝補充造型優化后CAE 分析結果

4 結束語

在解決沖壓件成型開裂問題的時候，除了通常采用的增大R 角及拔模角的方法外，還可以采用過拉延的工藝方案。

采用過拉延的工藝方案的同時，考慮優化工藝補充的特征造型，使過拉延的工藝補充造型和鈑金件的整體造型保持協調一致，這樣既能在保證設計圓弧角尺寸不變的前提下順利成型，又能滿足鈑金件的造型需求；特別是在解決具有匹配需求的外觀件成型開裂問題時，效果更為明顯；以期此方法為沖壓工藝師及產品設計師提供了類似問題解決的新思路。