常见侧围尖点变薄超差的原因及解决方法_叶梦彬.pdf

69 2023.4 Forging&MetalformingProduct产品 研发与设计常见侧围尖点变薄超差的原因及解决方法文叶梦彬广汽乘用车有限公司 马宝顺盘起工业(大连)有限公司随着我国汽车行业的发展和技术进步，对汽车车身的品质要求进一步提升。整体侧围作为最大最关键的汽车车身部件，造型复杂，品质要求高，是生产难度最高的部件。侧围由前立柱、中立柱及后翼子板等部分构成，由于造型复杂，不可避免地存在较多尖点。这些尖点在侧围拉延或整形时极易开、暗裂，是侧围变薄超差的重点高发位置。以前处理侧围尖点变薄超差通常采取磨圆、放大尖点的方法。随着对车身质量要求的提升，为了保持尖点的锐利视觉，现在已经不允许放大尖点。本文结合笔者多年经验，重点介绍解决侧围尖点变薄超差的处理方法。侧围常见尖点侧围尖点是指侧围因为造型需要而存在的尖锐的点。如前立柱前端两侧的尖点，后翼子板主棱线靠后门洞一头的尖点，侧围后窗下部靠后门洞的尖点，后轮拱造型两端的尖点，侧围尾灯、后保险杠位置的尖点等，常见侧围尖点如图 1、图 2 所示。每一个车型都有其独特的造型，这些尖点不是每一个车型的侧围都有。也有个别车型中立柱上部还有尖点，如丰田阿尔法的侧围中立柱上部，这些非常见的尖点这里不做讨论。尖点开裂的原因分析、分类及对策尖点开裂的原因分析由于工艺的原因，上述尖点基本上不可能拉延就能成形好，需要拉延后通过整形成形。因此，尖点的开裂有拉延开裂和整形开裂。拉延开裂的点在整形后基本都会进一步加剧开裂。拉延开裂分两种情况：由于材料流入补充不足导致的开裂；最先触料造成的开裂。材料流入不足，造成的开裂好理解，最先触料点开裂的原因是拉延过程中尖点先触料，触料点在成形过程中顶到板料并产生滑移，形成削磨效应造成材料变薄超差甚至开裂。整形开裂也分两种情况：拉延成形时材料储备不足，材料整形时被拉开造成开、暗裂。这种情况发生率最高、最常见，如图 1 的点 42、点 51、点52 和图 2 的点 7。材料经过拉延及一次整形后，尖点位置已经因为成形而硬化，再进行二次整形而产图 1 常见侧围尖点示意图 A1-前立柱尖点(1-1 前立柱上尖点，1-2 前立柱下尖点)2-后窗下部尖点 3-主棱线尖点 4-后轮拱前端尖点(4-1 后轮拱前端上尖点，4-2 后轮拱前端下尖点)5-后轮拱后端尖点(5-1 后轮拱后端上尖点，5-2 后轮拱后端下尖点)1-11-2234-14-25-15-2图 2 常见侧围尖点示意图 B6-侧围尾灯位尖点 7-后保险杠位尖点67第 13 个场景颜延之为刘柳后军功曹，在浔阳，和渊明情甚厚，后官守始安郡，经过浔阳，每天都造访，每往，必酣饮大醉。王弘曾想邀请颜延之，弥日不得。延之临离任时，给渊明留下二万钱；渊明全部遣送酒家，稍就取酒。锻造与冲压 2023.470Product产品 研发与设计生开、暗裂。最典型的例子就是前立柱尖点。拉延时如果尖点处材料预留不足，整形时尖点材料需要进一步成形而延展，而整形时一般无法进行材料补充。这种整形开、暗裂，如果不允许放大、磨圆尖点，要解决的难度极大。尖点开裂按原因分类及对策拉延材料流入不足导致的开裂。对于拉延工艺设计导致材料流入不足引起的开、暗裂，首要的对策当然是促进、加大材料流入补充。要分析开裂尖点的材料流入路线及其影响位置，对材料流入路线上影响因素(如棱线R角、拉延筋松紧度)进行研究，确认主要影响因素，并按是否是造型需要、修改风险大小和对策失误是否便于恢复来制定对策，进行调整，使更多材料流入。有些拉延材料不足问题不是材料多流入就能解决的，如一些离压边面、拉延筋比较远的位置，调整和加大材料流入并不能改变其拉延变薄，需要考虑一些其他对策，如加大 R 角、加大过拉延量、工艺设计预留储料包等。这些对策能有效解决拉延的局部材料不足，也容易造成起皱、多料，需要根据产品图和拉延工艺图的断面进行线长比较和CAE 计算，直至找出最优方案。侧围后窗下部尖点的造型，对应于图 1 的点 2。这个位置原来的工艺是将局部 R 放大进行拉延(即加大过拉延)，后序再整形成产品造型(图 3)。分析的结果是拉延开裂，整形后开裂加大。经过分析，原方案拉延工艺不利于材料流入，也不能构成材料有效储备，造成整形后断面线长被过度拉长开裂。根据盒子共一个点的三个面面积等于另外三个面的面积的原理，制定优化对策，确定将图 3 的造型当成盒子的三个面：右侧面、下底面、远侧面，工艺补充后造型做成包含盒子的上面、左侧面和近侧面三个面构成的形状，如图 4 所示。这样就构造出一个便于拉延成形，整形后不会造成材料变薄加剧的对策。对策前后造型变化如图 5所示。新工艺进行第一次CAE计算，结果有了很大改善，(a)拉延(b)整形图 3 侧围后窗初始的拉延工艺方案第 14 个场景陶渊明亲自耕种以资生，劳累以致羸疾。江州刺史檀道济前去探望对渊明说：“贤者处世，天下无道则隐，有道则至。今子生文明之世，奈何自苦如此？”渊明回答说：“潜也何敢望贤，志不及也。”檀道济以粱肉馈赠，渊明摆手拒绝了。71 2023.4 Forging&MetalformingProduct产品 研发与设计或点4-1，有一个是最高点，另一个是次高点。有时候次高点也会变薄超差。点 4-2、点 5-1、点 5-2 也比较高，也可以划为次高点范围。这种情况出现的变薄超差，对策通常是：1)加大过拉延。通过加大过拉延，将拉延工序的最高点和整形工序的最高点分成两个不同的点；2)对过拉延构造的拉延工序最高点进行放大磨圆，或采用其他一些对策来解决拉延变薄超差。这样，避免了整形的尖点，即产品的尖点受拉延变薄影响，整形后不会变薄超差。上述过拉延的量和 R 值也是要反复进行CAE 分析来确定的，首先通过计算断面的线长预估过拉延量需要多少，然后用 CAE 分析确认设计的过拉延是否合适，再通过细节的调整不断改善和优化，直到目标达成。拉延成形时材料储备不足，材料整形时被拉开造成开、暗裂。拉延开、暗裂相对整形开、暗裂来说还算简单，整形工序已经没有办法加大材料流入来解决开、暗裂，技术上难度会更大。这类问题仍通过拉延进行改善，通过改善材料流入减小尖点的拉延变薄量，达成整形后不开裂，或是拉延工序预留一些材料，补充给整形的需要来消除整形开裂。图 7 是侧围后保险杠安装位置的 3 个尖点，3 个尖点拉延、整形工序变薄都超差。拉延时材料流入(受椭圆形圈住的工艺补充包的影响)不能补充到尖点位置，造成尖点拉延材料供应不足、变薄超差，因而要对此工艺补充包进行优化，降低其高度和坡度，促进材料流(a)拉延辅助示意图(b)整形辅助示意图图 4 工艺分析图示图 5 新旧拉延工艺方案图 6 最终效果图 7 侧围后保险杠安装位置的尖点及初始拉延工艺方案但还有少许超差。再次调整方案细节、增加断面线长后CAE，拉延和整形都控制在了品质要求的变薄范围以内(图 6)，问题解决。拉延过程中尖点先触料造成的开、暗裂。一般来说拉延过程中先触料的尖点都是模具凸模的最高点，这种尖点在拉延过程中最先接触板料，由于材料在拉延时的流动，不可避免地在尖点处发生滑移。尖点因为滑移对板料造成割伤，形成削磨效应，产生变薄超差。如图 1 中的点 3锻造与冲压 2023.472Product产品 研发与设计入。降低高度和坡度后，CAE 分析发现拉延合格了，整形还不行，再次对工艺补充包的造型和位置进行修改，使工艺补充包的材料能在整形的时候补充到整形位置。根据上述原理，将拉延工艺优化，如图 8 所示。通过这一优化，CAE 分析和模具改修施工后的实际拉延变薄、整形变薄都控制在了质量标准以内，实际效果如图 9 所示。前立柱的尖点整形开、暗裂。前立柱的尖点整形开裂的原因跟上述各点的整形开裂原因有点差异，如图 10 所示。前立柱整形工艺包含了两次整形，首先是侧向整形，然后再进行正向整形，整出产品的造型。这个尖点拉延基本不会出问题，因为离材料边缘近，材料容易补充。此尖点的材料由于在拉延成形的时候已经被冲压了一次，材料已经有所硬化，一次整形的时候侧图 8 优化后的拉延工艺整使尖点材料进一步硬化，当进行二次整形即正向整形的时候，已经过分硬化的尖点很容易因为整形的形变而开裂。根据以上分析，制定了拉延工艺对尖点增加做 1mm 过拉延，使拉延和侧整形的尖点与正向整形的尖点分为两个相距 1mm 的点，避免了二次整形的尖点(即产品尖点)材料因拉延和一次整形影响硬化造成二次整形开裂。通过 CAE 分析，结果相当理想(图 11)。模具施工后的效果也达成了预期目标，如图 12 所示。结束语本文介绍了侧围常见尖点开、暗裂，以及不通过放大尖点解决尖点开、暗裂的原理及对策方法。这些技术方法可以达成不改变尖点设计的锐利度，尖点也不会变薄超差的效果，提高了产品的精确性，使冲压出来的产品更接近设计的理想状态。这些对策不是仅仅可以用于侧围的，侧围作为车身上最难最复杂的件，其解决问题的思路都可以扩展到其他所有覆盖件。图 11 通过过拉延优化后的 CAE 结果图 12 施工后效果图 9 实际效果图图 10 前立柱整形开裂