一種側(cè)圍A 柱起皺的原因分析和解決辦法

文／周晶晶，何成·安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司

側(cè)圍外板是影響車身品質(zhì)的關(guān)鍵沖壓件之一，側(cè)圍A 柱上端起皺問題長期影響著側(cè)圍外板成形質(zhì)量。本文基于某車型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)物狀態(tài)的研究，結(jié)合CAE 數(shù)值模擬與分析，對側(cè)圍外板A 柱上端起皺問題進(jìn)行了系統(tǒng)地原因描述，并給出改進(jìn)方案和現(xiàn)場驗(yàn)證。

側(cè)圍外板A 柱起皺問題

實(shí)物缺陷

在側(cè)圍外板調(diào)試期間，現(xiàn)場對單件開展AUDIT評審，A 柱上端部位起皺問題明顯(圖1)，嚴(yán)重影響車身外觀品質(zhì)。

圖1 側(cè)圍A 柱上端起皺問題

原因分析

導(dǎo)致側(cè)圍外板A 柱上端品質(zhì)缺陷的原因，主要為產(chǎn)生缺陷位置的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)多為拉壓變形(圖2)，加上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)的影響，共同導(dǎo)致了側(cè)圍外板在CAE分析過程中存在不同程度的缺陷風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 A 柱上部的應(yīng)變狀態(tài)分析

側(cè)圍A 柱上端只能通過拉延后再側(cè)整形，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，整形分模線R 角與法蘭在側(cè)整方向上距離不一致，導(dǎo)致側(cè)整刀塊與拉延工序件的板料不同時(shí)接觸，深度較大的區(qū)域首先接觸并開始成形；此時(shí)深度較淺的區(qū)域料片不受控制，處于自由成形狀態(tài)，兩側(cè)進(jìn)料速度不一致導(dǎo)致此處的平面應(yīng)變狀態(tài)為拉壓變形，次應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，多余的板料會(huì)聚集在最后整形到底的位置并產(chǎn)生起皺。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝優(yōu)化

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

⑴保證R 角過渡平順。

如圖3 所示，側(cè)圍外板A 柱上端臺(tái)階斜面的長度b 為1.4mm，角度θ 為41°，與翼子板匹配面的深度h1為3.4mm，角度θ1為17°，局部造型設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，緩和局部整形材料流動(dòng)。

圖3 產(chǎn)品A 柱上端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

⑵設(shè)置凸筋和法蘭邊水滴造型。

側(cè)圍外板A 柱上端的R 角部位增加2 處凸筋。

⑶R 角中間區(qū)域改向內(nèi)凹設(shè)計(jì)。

側(cè)圍外板A 柱上端的過渡R 角改內(nèi)凹設(shè)計(jì)，加寬R 角局部寬度，延長過渡區(qū)長度L，保證能存儲(chǔ)更多的料，降低起皺程度。

工藝方案

⑴側(cè)圍A 柱側(cè)整區(qū)域采用壓料設(shè)計(jì)(圖4)。

圖4 側(cè)圍外板側(cè)整壓料工藝設(shè)計(jì)

⑵側(cè)整刀塊設(shè)置沉槽造型，如圖5 所示。

圖5 側(cè)圍側(cè)整刀塊結(jié)構(gòu)優(yōu)化

側(cè)圍模具開發(fā)與產(chǎn)品驗(yàn)證

側(cè)圍A 柱上端部位CAE 與實(shí)物產(chǎn)品狀態(tài)對比

通過保證整形R 角過渡平順、設(shè)置凸筋和法蘭邊水滴造型、R 角中間區(qū)域向內(nèi)凹設(shè)計(jì)等幾項(xiàng)產(chǎn)品優(yōu)化方案和工藝側(cè)整廢料區(qū)域采用壓料設(shè)計(jì)、側(cè)整刀塊設(shè)置沉槽造型等工藝方案優(yōu)化后，利用AutoForm 軟件建模并進(jìn)行沖壓件有限元CAE 分析，基于側(cè)圍外板CAE 分析結(jié)果對實(shí)施方案進(jìn)行定性與定量評價(jià)。結(jié)構(gòu)和工藝優(yōu)化后的CAE 分析結(jié)果見圖6。

圖6 結(jié)構(gòu)和工藝優(yōu)化后的CAE 分析結(jié)果

通過結(jié)構(gòu)和工藝兩方面的優(yōu)化，結(jié)合側(cè)圍外板CAE 的分析結(jié)果，在接觸前3mm 的起皺程度明顯優(yōu)于原產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過Wrinkles 數(shù)值分析，大于0.03的起皺得到有效的控制，僅局部區(qū)域仍然存在，但不影響焊接面和外觀質(zhì)量，尖點(diǎn)側(cè)壁Wrinkles 數(shù)值由0.02 降低到0，已無起皺風(fēng)險(xiǎn)。通過Pt Wrinkles 數(shù)值評判潛在的起皺風(fēng)險(xiǎn)，基本上都低于0.03，不存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝方案上的優(yōu)化，A 柱上端成形起皺問題得到了極大地改善。

通過側(cè)圍外板A 柱部位狀態(tài)跟蹤，現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際多料的區(qū)域調(diào)整局部產(chǎn)品造型，存儲(chǔ)吸收多余的料，避免多余的料在法蘭和R 角處集聚導(dǎo)致側(cè)圍A 柱起皺，隨著問題得到完美解決，生產(chǎn)調(diào)試過程中繼續(xù)優(yōu)化外側(cè)進(jìn)料阻力，沖壓件的最終狀態(tài)保持穩(wěn)定(圖7)。

圖7 側(cè)圍A 柱部位最終狀態(tài)

結(jié)束語

針對側(cè)圍外板A 柱起皺問題，通過產(chǎn)品、工藝、模具和調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化與跟蹤驗(yàn)證，目前側(cè)圍外板產(chǎn)品狀態(tài)基本達(dá)到CAE 分析狀態(tài)，實(shí)物面品狀態(tài)相對于調(diào)試階段得到了大幅提升。本次結(jié)合產(chǎn)品優(yōu)化參數(shù)和工藝調(diào)試驗(yàn)證，將解決問題的思路和方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)固化，積累了調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，降低了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期，提高了側(cè)圍外板的產(chǎn)品質(zhì)量。