保證翼子板燈角處棱線精度方案的研究

翟海峰

（精誠工科汽車系統有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

汽車翼子板是大型車身外覆蓋件，在整車Audit評價中屬于A面區域，是消費者易觀察且重點關注的部位。棱線特征的流暢性和表面的光順性，直接影響消費者對整車的外觀感受及滿意度評價。

翼子板為空間自由曲面，其燈角處涉及圓角固化、棱線成形、回彈控制等方面因素的影響。燈角處棱線需要從3個方向翻邊，在翻邊過渡區域易產生面品問題。燈角棱線處翻邊面存在雙向弧度，成形過程涉及3個方向、3次沖壓，造成回彈彈性模量疊加，翻邊過程復雜，回彈不易控制。現從制件造型改善與模具開發過程中的工序排布、翻邊順序、翻邊間隙控制等主要影響因素進行研究，同時采用AutoForm軟件進行回彈預防。

1 現狀描述

1.1 制件問題

翼子板模具前期調試階段，成形制件燈角處易發生棱線不順的面品問題，如圖1所示。

圖1 制件問題部位

1.2 燈角處成形

翼子板燈角通過拉深預成形，修邊后再經過第3工序正翻邊、側翻邊及第4工序正翻邊、側翻邊完成棱線翻邊。燈角處需要從A、B、C三個方向完成翻邊，如圖2所示，其中A、B向為側翻邊，C向為正翻邊，會造成成形制件回彈彈性模量疊加和不同沖壓方向搭接處的棱線不順問題。

圖2 翻邊方向

1.3 成形特性

塑性變形指材料在外力作用下發生永久變形，但不破壞其完整性，塑性不僅與材料性質有關，而且與變形條件有關。對于確定的應力狀態，只能有一組主應力（x、y、z方向），在這組主應力作用的平面上通常將主應力表示為σ1、σ2、σ3。塑性變形中引入等效應力，在理想剛塑性材料中等于常數σS。

依據米塞斯屈服準則（彈性變形能不變），當應力狀態的等效應力達到某一定值時，開始進入塑性狀態，即：

利用單向拉伸屈服時的應力狀態（σs、0、0）可以求得常數C=σS。因此有效控制變形條件在適當時機完成棱線邊界的圓角固化，有助于提高成形制件整個棱線的光順性。

2 制件造型分析

2.1 燈角處弧度造型對成形性的影響

燈角部位同時存在伸長翻邊、收縮翻邊，C向到B向逐漸由伸長翻邊過渡到收縮翻邊。當燈角處長度方向弧度較小時，正翻邊與側翻邊交刀基本處于一條直線，即棱線主要為一個方向的弧度變化，制件的成形狀態較好，如表1中項目Ⅰ。

表1 燈角造型影響

2.2 燈角處β角的影響

燈角處β值越大，相對應正翻邊與側翻邊之間的過渡區域L處型面變化越劇烈，翻邊面變形量越大，產生問題風險越高，如圖3所示。工藝設計時為保證正翻邊與側翻邊平穩過渡，翻邊角度β與過渡區域L之比應小于2。

圖3 燈角處β角

3 模具設計

板材具有加工硬化的特性，隨著變形程度的增加，金屬材料強度和硬度都有所提高。合理利用塑性變形，可以固化棱線圓角特征，后工序翻邊優化翻邊交刀位置和翻邊時序，減少分次翻邊后加工硬化對成形制件棱線光順性的影響。

3.1 不同車型拉深圓角硬化

不同車型拉深造型如表2所示。

表2 拉深造型數據

3.2 燈角處翻邊過程

3.2.1 燈角處取放件要求

因燈角兩處側翻邊位置在沖壓方向上存在負角，模具需設置滑塊結構，如圖4所示。生產時，通過滑塊運動，進行取件讓位，實現順利取放成形制件。

工作過程：凸模鑲件A為固定部件，位置不動，鑲件B沿F4方向往返運動。生產時首先鑲件B運動到位置4，放置前工序件，側翻邊鑲件C沿F2向移動，待成形制件成形到本工序完成狀態；鑲件B退回位置5，本工序件3沿F3方向取出，一次沖壓完成。

3.2.2 工藝方案改進

翼子板燈角處側翻邊造型成形工序一般為拉深、修邊、翻邊及側翻邊。原工藝方案為工序1過拉深（起圓角硬化作用）、工序3正翻邊側翻邊以及工序4正翻邊側翻邊（見表3）。

表3 原工藝方案

改進后的工藝方案：過拉深、分段正翻邊側翻邊、正翻邊側翻邊，正翻邊側翻邊的交刀順序分為2種，如表4所示，采用先側翻邊后正翻邊的順序制件成形質量好，生產狀態穩定。

表4 改進后的工藝方案

4 加工數據

翼子板燈角處翻邊分3道工序完成，因材質特性，成形后會產生回彈，不同翻邊位置回彈量相差大時，成形制件會產生高點問題，回彈問題主要通過優化加工數據進行控制。

4.1 回彈特性

板料成形后角度為θ，因卸載后回彈導致成形角度減小了Δθ，這是彎曲變形過程中不可避免的，一般通過回彈補償或增加校正彎曲壓力減小回彈的影響。校正彎曲時，由于板料受凸模和凹模的壓縮作用，減小了變形區的拉應力，尚未彈性回復的變形受到抑制，使卸載后回彈明顯減小，但校正力過大時，可能會發生卸載后的負回彈。

4.2 回彈補償

設計階段通過AutoForm對制件回彈進行預判，根據分析數據和現場經驗值進行回彈補償。一般在翼子板的機蓋搭接側設置3°的回彈補償，具體加工數據根據制件的回彈分析結果進行設定。

4.3 強壓校正

（1）過拉深強壓寬度保證40 mm，如圖5所示。

圖5 過拉深強壓范圍

（2）分段正翻邊側翻邊工序減小壓料面積，邊緣5 mm強壓，25 mm過渡處理，如圖6所示。

圖6 強壓范圍

（3）過拉深與分段正翻邊側翻邊工序在非關鍵區設置過渡面或背空（即模具零件型面與制件不接觸），保證關鍵區域研合效果，如圖7所示。

圖7 過渡與背空

4.4 翻邊間隙與翻邊力設置

加工數模設計階段翻邊凸模與翻邊凹模間隙設定為80%料厚，如圖8所示，通過增大翻邊作用力，減小卸載后回彈量。

圖8 翻邊間隙

5 制造過程

因加工、制造等過程因素影響，實際制件生產狀態與設計數據不完全一致，需要在調試階段進行模具零件質量的改進。理論設計工序3與工序4翻邊刀塊與凸模的翻邊間隙一致，實際工序4翻邊刀塊過長導致圓圈部位被二次翻邊，產生棱線不順。

將工序4翻邊刀塊交刀處進行圓角處理（見圖9），使其與工序3翻邊緩慢過渡，消除翻邊間隙變化的影響，如圖10所示。

圖9 實際翻邊間隙

圖10 翻邊間隙過渡

6 結束語

翼子板燈角處棱線質量要求高，通過對主要影響因素進行改進和控制，從模具設計到生產制造進行了系統的流程優化。通過過拉深棱線圓角硬化、工序排布優化、結合AutoForm分析進行回彈補償、調整翻邊間隙、圓角過渡等措施有效保證了制件成形面品質量、滿足了模具開發周期要求。