側圍C 柱凹型特征沖壓工藝設計及面品缺陷優化方案

文／張雄飛，胡勇，于博，于慕寒，安洪震·一汽模具制造有限公司

通過對側圍外板C 柱凹型特征的產品工藝性分析研究，制定合理的沖壓工藝設計方案，通過分析制件成形過程中板料流動特性，進而設計合理的沖壓工藝造型以保證制件的成形性及面品質量；總結分析不同沖壓工藝造型CAE 模擬分析結果和實際制件面品缺陷狀態對應性。

隨著人們生活水平的日益提高，國人對汽車的可觀賞性要求也越來越高，各種各樣汽車造型的新穎開發，外觀質量要求標準的極度嚴格，給沖壓工藝設計及制造調試帶來了極大的挑戰。為了實現產品形狀的設計意圖，有必要在成形工藝上加以研究，實現側圍外板在C 柱凹型區域的造型特點，如圖1 所示，并保證沖壓模具各工序在成形過程中產品的成形質量，因此針對轎車側圍外板C柱凹型特征及表面質量的成形性加以研究，層層控制，使產品形狀特征得以實現。

圖1 側圍外板C 柱凹型產品特征

從產品工藝性優化入手，即在產品SE 階段將側圍的工藝性問題進行優化、解決，保證正常的沖壓工藝設計周期及相應的技術要求，最終保證調試過程的順利進行，提高首件的尺寸合格率，減少制件整改周期，減少設備占用，從而實現用最優的工藝方案來降低制造調試過程成本目標。

側圍外板C 柱凹型面品缺陷產生原因

由于受產品造型影響，在拉延過程中板料接觸C柱后三角窗下方凸點和主腰線凸點后，由于主腰線上方的大曲率凹造型，在兩凸點之間形成多料區，如圖2 所示。

圖2 拉延成形板料接觸狀態

隨著拉延接近到底，板料由門洞和尾燈處貼凹模繼續向多料區聚集，鐓死時凸凹模擠壓板料形成隆起和沖擊凹陷，如圖3 所示。現場制件C 柱凹型A 面臨近R 角位置存料嚴重，導致面品缺陷，如圖4 所示。

圖3 拉延成形過程

圖4 制件面品缺陷

優化工藝造型、優化面品缺陷

C 柱過拉延工藝造型優化的兩種過拉延設計方式：原工藝過拉延為將C 柱凹型處產品A 面順延0.5mm 后倒圓角的方式，如圖5 所示。優化后工藝過拉延為將C 柱處產品R 角直接成形，防止整形時A面圓角拱起，如圖6 所示。兩種過拉延方式CAE 模擬分析結果顯示第二種過拉延方式理論面品缺陷有所緩解，如圖7 所示。優化過拉延方式后，現場制件實際面品缺陷未見好轉，如圖8 所示。

圖5 過拉延方式1

圖6 過拉延方式2

圖7 CAE 模擬分析結果對比

圖8 優化方案后制件面品缺陷

C 柱凹型對應位置凸模輪廓優化。SE 模擬驗證凸模輪廓線貼近產品邊界，拉延筋約束較弱，C 柱凹型處成形過程明顯可視起皺情況，如圖9 所示。優化SE 的凸模輪廓線遠離產品邊界，加大拉延筋約束，同時調整C 柱尖點處過拉延，避免拉延開裂，C 柱凹型處成形過程起皺情況明顯改善，如圖10 所示。通過優化調整凸模輪廓線距離產品邊界的位置，從理論模擬分析結果可以看出，遠離產品邊界的凸模輪廓線起皺情況有明顯改善。

圖9 模擬分析起皺情況

圖10 優化后模擬分析起皺情況

C 柱凹型對應位置工藝凸包優化。鑒于以上兩種模擬分析驗證結果，在采用取消C 柱凹型區域的過拉延和遠離產品凸模輪廓線的工藝造型前提下，增加工藝凸包，調整工藝凸包的角度和高度，與多料區域更直接的對應，達到改善成形過程中拉延多料的情況，如圖11 所示。CAE 模擬分析各項指標，如圖12 ～15 所示。

圖11 工藝凸包造型

圖12 模擬分析起皺情況

圖13 潛在起皺評價指標

圖14 次應力評價指標

圖15 表面扭曲評價指標

經過以上工藝造型調整優化，加之模擬分析結果顯示，C 柱凹型處各類CAE 評判指標明顯好轉，可基本解決此處面品缺陷問題。現場制件實際面品情況滿足質量評價標準，制件達到產品設計意圖，如圖16 所示。

圖16 最終制件面品狀態

結論

針對側圍C 柱凹型特征區域的產品造型，基于模擬分析探索最佳應對方案，通過工藝手段保證A級表面面品技術要求，達到在設計階段快速識別側圍C 柱凹型特征區域的產品造型是否會存在面品缺陷及相適應的解決方案。

本文對具有凹型特征C 柱的側圍進行了研究，研發過程取得以下成果：總結分析側圍C 柱凹型特征區域產生面品缺陷的根本原因；確定了側圍C 柱凹型特征區域的產品造型CAE 模擬分析參數評判標準；可將本文的研究成果應用在其他類似側圍中，解決產品面品缺陷問題，成果可快速轉化。

側圍外板的沖壓工藝設計及制造調試是一個長期積累的過程，需要不斷地進行完善、充實、改進、更新，以適應不同時期模具制造技術發展的需要。模擬環境的邊界條件與現場調試的對應性問題的研究，現場問題與模擬結果存在一定的差異屬于正常情況，但個別區域差異較大，需要進一步深入研究?；谌鞒痰哪M分析技術對側圍外板的成形性及面品缺陷進行分析預測，尤其是控制方面的研究，提高前期分析預測與調試現場制件狀態的對應性。

從調試階段所出現的問題對當初改善產品工藝性的解決方案、最終所采用的工藝設計方案、針對可制造性遺留問題所采用的預案等方面進行評價，對調試現場出現技術問題的解決方案、整改過程、以及結果進行及時的總結，對側圍外板的沖壓工藝設計及相關的技術發展有了更深層次的提高，從而保證制造、調試過程的順利進行。