常見側圍尖點變薄超差的原因及解決方法

文／葉夢彬·廣汽乘用車有限公司

馬寶順·盤起工業(大連)有限公司

隨著我國汽車行業的發展和技術進步，對汽車車身的品質要求進一步提升。整體側圍作為最大最關鍵的汽車車身部件，造型復雜，品質要求高，是生產難度最高的部件。側圍由前立柱、中立柱及后翼子板等部分構成，由于造型復雜，不可避免地存在較多尖點。這些尖點在側圍拉延或整形時極易開、暗裂，是側圍變薄超差的重點高發位置。以前處理側圍尖點變薄超差通常采取磨圓、放大尖點的方法。隨著對車身質量要求的提升，為了保持尖點的銳利視覺，現在已經不允許放大尖點。本文結合筆者多年經驗，重點介紹解決側圍尖點變薄超差的處理方法。

側圍常見尖點

側圍尖點是指側圍因為造型需要而存在的尖銳的點。如前立柱前端兩側的尖點，后翼子板主棱線靠后門洞一頭的尖點，側圍后窗下部靠后門洞的尖點，后輪拱造型兩端的尖點，側圍尾燈、后保險杠位置的尖點等，常見側圍尖點如圖1、圖2 所示。每一個車型都有其獨特的造型，這些尖點不是每一個車型的側圍都有。也有個別車型中立柱上部還有尖點，如豐田阿爾法的側圍中立柱上部，這些非常見的尖點這里不做討論。

尖點開裂的原因分析、分類及對策

尖點開裂的原因分析

由于工藝的原因，上述尖點基本上不可能拉延就能成形好，需要拉延后通過整形成形。因此，尖點的開裂有拉延開裂和整形開裂。拉延開裂的點在整形后基本都會進一步加劇開裂。

拉延開裂分兩種情況：⑴由于材料流入補充不足導致的開裂；⑵最先觸料造成的開裂。材料流入不足，造成的開裂好理解，最先觸料點開裂的原因是拉延過程中尖點先觸料，觸料點在成形過程中頂到板料并產生滑移，形成削磨效應造成材料變薄超差甚至開裂。

整形開裂也分兩種情況：⑴拉延成形時材料儲備不足，材料整形時被拉開造成開、暗裂。這種情況發生率最高、最常見，如圖1 的點4―2、點5―1、點5―2 和圖2 的點7。⑵材料經過拉延及一次整形后，尖點位置已經因為成形而硬化，再進行二次整形而產生開、暗裂。最典型的例子就是前立柱尖點。

圖1 常見側圍尖點示意圖A

圖2 常見側圍尖點示意圖B

拉延時如果尖點處材料預留不足，整形時尖點材料需要進一步成形而延展，而整形時一般無法進行材料補充。這種整形開、暗裂，如果不允許放大、磨圓尖點，要解決的難度極大。

尖點開裂按原因分類及對策

⑴拉延材料流入不足導致的開裂。

對于拉延工藝設計導致材料流入不足引起的開、暗裂，首要的對策當然是促進、加大材料流入補充。要分析開裂尖點的材料流入路線及其影響位置，對材料流入路線上影響因素(如棱線R 角、拉延筋松緊度)進行研究，確認主要影響因素，并按是否是造型需要、修改風險大小和對策失誤是否便于恢復來制定對策，進行調整，使更多材料流入。有些拉延材料不足問題不是材料多流入就能解決的，如一些離壓邊面、拉延筋比較遠的位置，調整和加大材料流入并不能改變其拉延變薄，需要考慮一些其他對策，如加大R 角、加大過拉延量、工藝設計預留儲料包等。這些對策能有效解決拉延的局部材料不足，也容易造成起皺、多料，需要根據產品圖和拉延工藝圖的斷面進行線長比較和CAE 計算，直至找出最優方案。

側圍后窗下部尖點的造型，對應于圖1 的點2。這個位置原來的工藝是將局部R 放大進行拉延(即加大過拉延)，后序再整形成產品造型(圖3)。分析的結果是拉延開裂，整形后開裂加大。

經過分析，原方案拉延工藝不利于材料流入，也不能構成材料有效儲備，造成整形后斷面線長被過度拉長開裂。根據盒子共一個點的三個面面積等于另外三個面的面積的原理，制定優化對策，確定將圖3 的造型當成盒子的三個面：右側面、下底面、遠側面，工藝補充后造型做成包含盒子的上面、左側面和近側面三個面構成的形狀，如圖4 所示。

圖3 側圍后窗初始的拉延工藝方案

圖4 工藝分析圖示

這樣就構造出一個便于拉延成形，整形后不會造成材料變薄加劇的對策。對策前后造型變化如圖5所示。

圖5 新舊拉延工藝方案

新工藝進行第一次CAE計算，結果有了很大改善，但還有少許超差。再次調整方案細節、增加斷面線長后CAE，拉延和整形都控制在了品質要求的變薄范圍以內(圖6)，問題解決。

圖6 最終效果

⑵拉延過程中尖點先觸料造成的開、暗裂。

一般來說拉延過程中先觸料的尖點都是模具凸模的最高點，這種尖點在拉延過程中最先接觸板料，由于材料在拉延時的流動，不可避免地在尖點處發生滑移。尖點因為滑移對板料造成割傷，形成削磨效應，產生變薄超差。如圖1 中的點3或點4-1，有一個是最高點，另一個是次高點。有時候次高點也會變薄超差。點4-2、點5-1、點5-2 也比較高，也可以劃為次高點范圍。

這種情況出現的變薄超差，對策通常是：1)加大過拉延。通過加大過拉延，將拉延工序的最高點和整形工序的最高點分成兩個不同的點；2)對過拉延構造的拉延工序最高點進行放大磨圓，或采用其他一些對策來解決拉延變薄超差。這樣，避免了整形的尖點，即產品的尖點受拉延變薄影響，整形后不會變薄超差。

上述過拉延的量和R 值也是要反復進行CAE 分析來確定的，首先通過計算斷面的線長預估過拉延量需要多少，然后用CAE 分析確認設計的過拉延是否合適，再通過細節的調整不斷改善和優化，直到目標達成。

⑶拉延成形時材料儲備不足，材料整形時被拉開造成開、暗裂。

拉延開、暗裂相對整形開、暗裂來說還算簡單，整形工序已經沒有辦法加大材料流入來解決開、暗裂，技術上難度會更大。這類問題仍通過拉延進行改善，通過改善材料流入減小尖點的拉延變薄量，達成整形后不開裂，或是拉延工序預留一些材料，補充給整形的需要來消除整形開裂。

圖7 是側圍后保險杠安裝位置的3 個尖點，3 個尖點拉延、整形工序變薄都超差。拉延時材料流入(受橢圓形圈住的工藝補充包的影響)不能補充到尖點位置，造成尖點拉延材料供應不足、變薄超差，因而要對此工藝補充包進行優化，降低其高度和坡度，促進材料流入。降低高度和坡度后，CAE 分析發現拉延合格了，整形還不行，再次對工藝補充包的造型和位置進行修改，使工藝補充包的材料能在整形的時候補充到整形位置。根據上述原理，將拉延工藝優化，如圖8 所示。通過這一優化，CAE 分析和模具改修施工后的實際拉延變薄、整形變薄都控制在了質量標準以內，實際效果如圖9 所示。

圖7 側圍后保險杠安裝位置的尖點及初始拉延工藝方案

圖8 優化后的拉延工藝

圖9 實際效果圖

⑷前立柱的尖點整形開、暗裂。

前立柱的尖點整形開裂的原因跟上述各點的整形開裂原因有點差異，如圖10 所示。

圖10 前立柱整形開裂

前立柱整形工藝包含了兩次整形，首先是側向整形，然后再進行正向整形，整出產品的造型。這個尖點拉延基本不會出問題，因為離材料邊緣近，材料容易補充。此尖點的材料由于在拉延成形的時候已經被沖壓了一次，材料已經有所硬化，一次整形的時候側整使尖點材料進一步硬化，當進行二次整形即正向整形的時候，已經過分硬化的尖點很容易因為整形的形變而開裂。根據以上分析，制定了拉延工藝對尖點增加做1mm 過拉延，使拉延和側整形的尖點與正向整形的尖點分為兩個相距1mm 的點，避免了二次整形的尖點(即產品尖點)材料因拉延和一次整形影響硬化造成二次整形開裂。通過CAE 分析，結果相當理想(圖11)。模具施工后的效果也達成了預期目標，如圖12 所示。

圖11 通過過拉延優化后的CAE 結果

圖12 施工后效果

結束語

本文介紹了側圍常見尖點開、暗裂，以及不通過放大尖點解決尖點開、暗裂的原理及對策方法。這些技術方法可以達成不改變尖點設計的銳利度，尖點也不會變薄超差的效果，提高了產品的精確性，使沖壓出來的產品更接近設計的理想狀態。這些對策不是僅僅可以用于側圍的，側圍作為車身上最難最復雜的件，其解決問題的思路都可以擴展到其他所有覆蓋件。