側圍外板后保險杠處成形缺陷問題解決方案

畢四龍

（四川成飛集成科技股份有限公司， 四川 成都 610091）

0 引 言

側圍外板是汽車覆蓋件中關注度較高的零件之一，其具有造型復雜、尺寸大、匹配關系多、成形難度大等特點，在實際生產中會產生諸多問題，因此在工藝設計、CAE仿真、調試制造過程中都會有各種改善方案來應對。雖然不同車型的造型需求不同，但在同一部位產生的問題具有一定的典型性，現介紹某側圍外板后保險杠處成形問題及解決措施。

1 零件成形問題

1.1 零件造型

側圍外板后保險杠處的結構根據車型略有不同，某車型側圍外板后保險杠處造型如圖1所示，由于棱線R值較小，內表面數模僅為R1.3 mm，拉深工序如果采用零件數模直接成形會開裂，需采用過拉深工藝，后工序進行整形。由于后保險杠處A面（外觀面）與輪轂處安裝面的臺階高度相差較大，如圖2所示，臺階最深位置為39 mm，最淺位置為16 mm，采用過拉深后進行整形容易起皺，同時尖點R值過小，拉深后材料已硬化，整形后常伴隨開裂問題。

圖1 某側圍外板后保險杠處結構

圖2 側圍外板后保險杠處不同位置高度值

1.2 拉深補充造型

圖1所示區域的沖壓工藝排布為拉深、修邊、整形，該處的拉深補充造型對成形效果至關重要。表1所示為初期嘗試的3種拉深造型方案，并對各方案進行了CAE分析驗證，僅對拉深后側圍處板后保險杠處局部造型進行更改，其余工藝參數不變。

表1 3種拉深補充方案

從表1可以看出，改變拉深造型對整形開裂與起皺影響較大，可以通過縮短拉深補充線長的方式優化起皺，控制成形深度及過拉深量解決開裂問題。綜合對比，方案2成形效果較好，但以上3種方案都不能完全解決成形缺陷問題。整形時觸料的先后時序不同是導致起皺的主要原因，如圖3所示，區域1整形時先觸料，將多余的料向區域2堆積，導致區域2產生起皺且棱線上拋。因此拉深補充應保證各區域的整形量盡量相同，同時還要考慮尖點開裂問題，在棱線尖點處進行球化處理，拉深后的減薄率不宜過大，應控制在20%以內，整形后尖點減薄率控制在25%以內，最大失效值需小于0.8，保證整形后不開裂。

圖3 整形起皺區域

2 零件結構優化

經過上述分析，零件起皺區域是由于臺階高度差過大，減少臺階的高度差是零件結構優化的方向，以下3種優化方案都是基于方案2的后工序整形。

2.1 優化方案一

在靠近輪轂處的后保險杠安裝面根部設計1個凹陷造型，造型深度最大為7 mm，如圖4所示，通過增加凹陷減少臺階的高度差。方案一CAE分析結果如圖5所示，靠近輪轂處上模整形鑲件比原來提前觸料，起皺情況得到改善，僅在棱線處有輕微的上拋。

圖4 零件結構優化方案一

圖5 方案一CAE分析結果

2.2 優化方案二

更改靠近輪轂處的側壁角度，將此處的側壁角度調整為與沖壓方向一致，通過控制早期成形的側壁間隙來改善起皺問題，如圖6所示。方案二分析結果如圖7所示，起皺情況同樣也得到了改善，但在棱線處仍然出現了上拋。

圖6 零件結構優化方案二

圖7 方案二CAE分析結果

2.3 優化方案三

增加靠近輪轂處的頂部棱線的高度，減小臺階的相對高度差，使頂部棱線處在整形時與上模鑲件提前觸料，如圖8所示。方案三CAE分析結果如圖9所示，起皺還是集中在棱線處，棱線上拋現象仍然存在。

圖8 零件結構優化方案三

圖9 方案三CAE分析結果

對以上3種零件結構優化方案進行分析，降低臺階的相對高度差能夠起到作用，3種方案均可以減輕起皺情況，但在棱線處都沒有較好地解決上拋現象。相對方案一的效果最好，零件臺階的高度差H應控制在5 mm以內，但由于零件結構功能受限，客戶不能接受方案一和方案二的優化方式，僅同意方案三的零件結構更改，加高輪轂處棱線，使臺階過渡平緩。

3 工藝方案優化

雖然零件結構優化能夠起到一定作用，但是不能完全解決零件的成形缺陷問題，需要進一步優化成形工藝。采用的方式為拉深后修邊保留側圍外板后保險杠處尾部位的廢料，整形工序需要壓料成形，最后精修至零件尺寸，如圖10所示。

圖10 沖壓工藝排布

由于起皺區域在靠近輪轂處，壓料整形工序需要從2個方向控制材料流動，即a、b方向（見圖10），修邊工序要保留相應區域的廢料。為了保證A面的成形質量，零件內部壓料需強壓，外部補充面區域弱壓，如圖11所示，整形時材料由外向內流動，不能拖動A面。優化成形工藝后，成形過程中板料基本無起皺，如圖12所示。

圖11 壓料整形工序壓料器結構

圖12 壓料整形CAE分析結果

如圖13所示，通過拉深補充、零件結構、工藝排布的優化，經CAE分析驗證，實際零件出件后的成形情況良好，滿足質量要求，且批量生產時成形穩定，為類似問題提供了改善思路。

圖13 批量生產零件

4 結束語

側圍外板后保險杠處造型為了滿足零件功能性需求，如果前期不能較好地控制零件的成形性，在后期的調試及批量生產中會產生缺陷問題，增加了調試周期及制造成本。通過拉深補充造型、零件結構、沖壓工藝的優化，能使側圍外板后保險杠處區域的成形性得到改善，并達到質量要求，其中零件結構優化盡量在沖壓同步工程階段進行，優化方案會更容易通過。