車門內板沖壓工藝設計與成形分析

■ 楊誼麗

車門內板是重要的車身覆蓋件，車門內板與加強板及窗框焊接后形成車門內板總成，再與車門外板包邊形成車門包邊總成。車門內板法蘭面精度對包邊總成精度起到至關重要的作用，直接影響車門包邊總成與翼子板及側圍相匹配的間隙及表面質量。車門內板上安裝有內飾板、密封膠條、門鎖、玻璃升降器等，孔位多達七十余個，焊接面及安裝面較多，因此，車門內板的孔位、型面精度對整個車門的功能性影響重大。車門內板拉深深度深，且多為激光拼焊板，成形條件極為嚴苛，模具調試周期較長。左右車門內板三維數模如圖1所示。

圖1 車門內板

1. 工藝設計

工藝設計主要對產品件進行初步工序排布和結構布局，核算坯料尺寸、模具尺寸及機床噸位，并體現在工藝規劃書中。

（1）沖壓方向 在進行工藝設計時首先要確定沖壓方向，拉深模沖壓方向的確定尤為重要，因為其關系到拉深模面的補充和零件表面質量品質。車門內板零件形狀規則，各處拉深深度基本一致，因此其沖壓方向為車身坐標系的Y向。

（2）工序排布 該車門為分體式車門，可以采用左右合模拉延，既能提高材料利用率還能提高生產效率。因車門拉深深度較深，側壁及凸模圓角極易產生開裂、暗傷，同時為便于法蘭面精度調試的方便性，在拉深和修邊工序后安排對全周法蘭面的整形，整形量10mm。該車門內板工序排布內容為：拉深→切邊/沖孔→整形→沖孔/側沖孔/分切。整形量示意如圖2所示，整形區域示意如圖3所示。

（3）坯料尺寸 在零件長度和寬度方向上分別選取線長最長截面，如圖4所示，測量A、B、C值，并按照如下公式計算坯料長度和寬度：L（W）=A+B+C+E+D+20，其中E=5～7mm，D=20～30mm。

測量零件長、寬、高尺寸后預估坯料尺寸，長度1020mm，寬度770mm，高度90mm。坯料長度L=2×零件寬度+2×零件高度+分切距離+工藝補充長度=2×770+2×90+40+120=1880（mm）；坯料寬度W=零件長度+2×零件高度+工藝補充長度=1080+2×90+160=1420（mm）。最終得到車門內板坯料尺寸為1880mm×1420mm。

（4）模具尺寸 根據坯料尺寸和各工序內容計算各工序模具尺寸，計算方法可參考附表。

2. 工藝審查

對車門內板三維數模的沖壓工藝性進行分析，對其成形性、生產性、經濟性、品質及模具結構強度進行分析確認，并針對發現的問題提交《工程變更申請單》（ECR）給產品設計人員。

如圖5左所示揚聲器安裝孔a距離拼焊縫距離太近，拉深后孔很可能落在拼焊縫上影響孔的安裝，因此孔a需要向遠離拼焊縫的方向移動5mm，使其距離拼焊縫的距離大于25mm。如圖5右所示凸模R角局部型面變化急劇，拉深易開裂，需要將圓角過渡光順，避免局部凸點。

圖2 整形量示意

圖3 整形區域示意

圖4

圖5 ECR

模具尺寸計算

3. 品質標準制定

品質標準文件對零件定位系統、測量方式、測量公差進行定義，是指導模檢具設計開發和測量文件編制的的基礎文件。

車門內板定位系統示意如圖6所示，采用2個定位孔和4個定位面定位，主定位孔控制X向，次定位孔控制Z向，定位面A1-A4控制Y向。車門內板單件定位系統與焊接總成及包邊總成定位系統一致，保證沖壓、焊接、包邊工序定位及檢測定位的一致性，避免累積誤差的產生。

如圖7所示，包邊面1、包邊面3包邊后分別與翼子板及后門配合，其面差精度直接影響外觀匹配質量的好壞，因此除了控制面差為－0.5～+0.5mm，還需要控制每條包邊面的極差不超過0.5mm。包邊面3與側圍門檻配合，產品設計時通常車門下部和側圍門檻會存在段差，因此，只需要控制包邊面3的面差為–0.5～+0.5mm，而不需要控制極差。該車門為分體式車門，門框通過點焊和弧焊與車門內板總成連接，圖7A、B區為弧焊區，弧焊區為U形面，該區域與門框匹配精度要求較高，若U形面開口較小則門框放不到位，影響門框面差；若U形面開口較大則弧焊量大，弧焊變形嚴重，也會影響窗框面差，因此門框弧焊面面差設置為–0.3～+0.3mm。

4. 壓料面與工藝補充面設計

合理的壓料面形狀可以確保拉深過程板料不開裂、不起皺，壓料面是決定拉深質量好壞的關鍵，壓料面形狀的確定應遵循如下原則：

壓料面盡量為平面，但有時為了降低拉深深度，壓料面通常會做成曲面，曲率應盡量大，且盡量為單曲率曲面。

壓料面應低于零件內部的最低點，否則壓料面閉合之前凹模會先接觸坯料導致定位不穩，壓料面起不到壓料作用。

壓料面形狀與凸模形狀盡量接近，且壓料面的展開長度要比凸模展開長度短，使坯料在拉深過程中始終處于拉伸狀態，否則在壓料面閉合過程就會出現多料現象，產生無法根治的起皺問題。

圖6 車門內板定位系統

圖7 車門內板關鍵面示意

以工藝規劃所確定的沖壓方向為基礎進行車門內板壓料面設計，車門內板屬于典型的帶法蘭盒形件，各處拉深深度基本一致，因此壓料面也近似于平面，為了盡量降低拉深深度，壓料面到零件法蘭面的深度要小于25mm。

在設計工藝補充面前需要將件上的孔進行填充，把翻邊和負角區展開以滿足修邊條件，然后便可添加工藝延伸面。工藝延伸面位于凸模輪廓線以內，延伸面側壁要有一定的拔模角，且過渡光順，工藝延伸面與壓料面一起統稱為工藝補充面。工藝補充面在拉深后要被切掉，為了提高材料利用率工藝補充面的面積應盡量小。

設計車門內板工藝補充面時左右件合拼部位最小間距取20mm，門檻部位修邊余量按照滿足修邊刀強度盡量取最小值5mm，車門前側及后側因合拼部位為了防止拉深起皺，余肉做得較寬，為了保證凸模輪廓線平順，因此車門前側及后側修邊余量取30mm。圖8為用UG6.0建立的車門內板模面圖。

5. CAE模擬分析

在拉延模面設計完成后需進行CAE模擬分析，通過分析結果判斷零件成形性及模面設計的合理性。將用UG6.0建立的尾門外板幾何模型以IGS格式導出，然后將其導入到Autoform軟件中生成凸凹模和壓邊圈工具體。壓邊力由經驗公式F=LK計算，式中L為凸模輪廓線長度，K為系數，為經驗值，取K=200kN，經計算得到壓邊力大小為1216kN。將計算坯料尺寸作為初始坯料尺寸，設置材質為DC56D ZF 45/45。該車門內板為激光拼焊板，薄厚板料成形速度不一致，薄料區更易起皺，因此在厚料區設置單拉深筋，薄料區設置雙拉深筋，如圖9所示。車門內板拉深深度較深，門檻后側凸模圓角距離分模線較遠，拉深過程易在凸模圓角及側壁處形成開裂現象，因此在拉深過程設置刺破刀，與到底前10mm開始刺破。

車門內板CAE分析結果如圖9所示，從分析結果來看成形狀態良好，產品無明顯起皺趨勢，僅在薄厚料交界處的薄料區側壁存在過度減薄，減薄率最大33%，可以在調試過程中通過調整拉深筋阻力及提升模具表面粗糙度加以改善。

圖8 車門內板模面

圖9 CAE分析結果

6. 結語

車門內板作為難度系數較高的車身覆蓋件之一，其面品質量和精度對整車質量具有重大影響，通過前期合理的工藝規劃、充分的工藝審查、反復的模擬分析與模面優化，能夠有效縮短調試周期、降低調試難度。在實際調試過程中，各工序品質良好，沖壓件精度檢測達標，滿足包邊及整車匹配要求，目前該車門內板已進入批量生產階段。