兩廂后蓋外板成形工藝優化

文/孟海峰，杜洋洋，王巍·上汽大眾汽車有限公司

汽車外覆蓋件具有材料薄，造型復雜，表面質量要求高等特點，而成形工藝的優劣直接決定著零件成形的難易程度及表面質量。其中兩廂車后蓋外板上側平面較大且曲率平緩，高位剎車燈區域則拉深較深，該零件同時存在成形不足和拉深傷碎等風險。

兩廂后蓋外板的成形與成形工藝、壓邊力、料片性能等多因素有關，雖然通過增大壓邊力可增大塑性變形，改善零件表面癟塘缺陷，但經常伴隨出現傷碎問題。本文以朗行后蓋外板為例，對拉延工藝進行了優化，徹底解決了零件表面質量問題，對后續兩廂后蓋外板工藝及結構設計具有指導和借鑒意義。

圖1 上平面癟塘

圖2 高位剎車燈區域傷碎

朗行后蓋外板在批量生產中常出現條狀表面癟塘，對屈強比等材料性能參數敏感度高，零件缺陷表面狀態如圖1所示。批量生產零件表面狀態不穩定，停機率可達50%，生產報廢率可達30%，并且需要工藝全返工，嚴重影響生產節拍。同時伴隨著生產數量增加，模具溫度升高，拉延狀態發生變化，零件在高位剎車燈等多處位置產生傷碎，零件狀態如圖2所示。因此有必要對零件的成形工藝進行分析，確定零件表面條狀癟塘及傷碎的成因并給出具體的優化方案。這不僅能優化零件的表面狀態，提高零件的品質，對提高生產率，降低報廢及返工等方面的成本，也有重要意義。

原因分析

網格分析

網格試驗法是測定零件大表面區域應變分布的一種有效辦法，也可以通過試驗獲得成形后板材的厚度分布等定量結果。通過減薄率等參數的分析，可了解覆蓋件的拉延成形效果，以指導提出有效的解決方法。考慮朗行后蓋外板條形癟塘及傷碎問題的復雜性及敏感性，對零件拉延成形進行應變網格試驗。其中，網格制作區域覆蓋大平面條形癟塘范圍，具體如圖3所示。

圖3 網格區域示意圖

其中，網格試驗設備型號為AUGUS 12M，網格大小3mm，料片材料牌號：EN10152-DC06+ZE50/0BP0，料片厚度0.75mm，屈服強度149N/mm2，抗拉強度286N/mm2，延伸率43%，n值0.24，r平均值2.57。

為保證零件拉延成形質量，工藝設計一般要求后蓋外板平面減薄率在4%以上。實際朗行后蓋外板OP20拉延成形件網格試驗減薄率的情況，如圖4所示。通過分析發現，零件平面區域厚度減薄率在4%以下，零件上平面區域普遍存在成形不足的問題。

圖4 試驗件減薄率結果

朗行后蓋外板成形工藝分為七序：OP10落料模，OP20雙動拉延模，OP30切邊整形模，OP40切邊模，OP50翻邊整形模，OP60翻邊整形模，OP70側修側翻模。其中，零件上平面區域的成形主要在OP20拉延工序完成，通過內外側壓邊圈壓料，上下模拉延成形，拉延模模芯及凹模結構，如圖5、圖6所示。通過結構分析發現，在大平面頂部區域模芯及凹模均設置了工藝凸包，對零件的成形過程影響很大，需通過AutoForm CAE軟件進一步模擬分析。

圖5 拉延模模芯

圖6 拉延模凹模

AutoForm模擬分析

通過AutoForm對OP20拉延成形過程進行模擬分析。上模下行過程，壓邊圈壓料后，模芯開始與料片接觸，在模芯作用下零件大平面區域開始拉深成形，如圖7所示。由于模芯工藝凸包的存在，凸包高點提前接觸料片，使得大平面不能完全包模芯成形，上模距離下死點25mm，5mm時的成形狀態，如圖8、圖9所示。上模從距離下死點5mm至運動到位的過程，下模工藝凸包進一步拉延成形，如圖10所示。

圖7 距下死點50mm位置

圖8 距下死點25mm位置

圖9 距下死點5mm位置

圖10 下死點位置

理論上講，上下模工藝凸包的存在可增大拉延量，提高零件的塑性變形，改善零件表面質量。實際模芯運動至近下死點時，由于拉深深度較大，料片的流動性較差，工藝凸包成形過程無法得到料片的及時補充，增大了零件傷碎的風險。優化前，生產過程主要依靠調整限位塊的高度來調整壓邊力，以平衡零件表面癟塘與傷碎問題。生產調整相當頻繁，零件報廢率及返工率高，質量控制難以保證。由于拉延成形工藝問題，工藝凸包的存在限制了生產料片的適用范圍，對拉延成形表面質量的穩定性產生了極大影響。

優化方案

OP20拉延模工藝優化

考慮朗行后蓋外板上平面側工藝凸包對零件表面的影響，為提高零件拉延成形的穩定性，對OP20拉延模成形工藝進行優化。本次主要針對上下模工藝凸包進行優化，取消成形工藝凸包并向兩側平順過渡，更改前后上平面側工藝造型，如圖11所示（灰色透明體為更改前，橙色實體為更改后）。另外，為使得兩側過渡均勻，并降低凸包的成形范圍與成形量，同時將凹模兩側分模線內移，保證拉延過程料片包模芯成形，如圖12所示（灰色透明體為更改前，橙色實體為更改后）。

圖11 OP20模芯狀態

圖12 OP20凹模狀態

理論上講，工藝凸包的取消會減少料片的拉延成形過程，影響料片的塑性變形。基于該因素的考慮，在優化工藝凸包的同時加強內滑塊及壓邊圈拉延筋，減小料片流動速度，以保證料片拉延過程的塑性變形，改善表面質量。拉延筋的優化需要根據零件實際狀態進行研配調整，使零件受力均勻，料片流動均勻，避免受力過大產生傷碎缺陷，同時避免拉延不足產生表面問題。

工藝造型更改后，運用AutoForm模擬拉延成形過程，距離下死點25mm及5mm拉深成形情況如圖13、圖14所示。由成形過程模擬可知，OP20拉延模在成形過程中，后蓋外板大平面區域完全包模芯拉深成形，拉深受力及料片流動狀況均有所改善。

圖13 距下死點25mm

圖14 距下死點5mm

工藝凸包及內外側拉延筋優化更改后，OP20拉延模擬料片減薄率結果，如圖15所示。后蓋外板上平面大部分區域的減薄率可達4%左右，工藝優化后有利于零件的拉延成形，改善零件的受力狀況。

圖15 模擬減薄率

后續工序工藝優化

由于OP20成形工藝的改變，導致更改前后OP20成形件輪廓形狀差異較大。為避免前后工序型面不匹配產生新的表面質量缺陷，需對后續工序OP30大平面側切邊模進一步優化。更改前切邊輪廓較高，更改后切邊輪廓較低，如圖16、圖17所示。根據拉延工序模芯狀態，對后續工序進行隨形優化。

圖16 OP30切邊工藝

圖17 OP30切邊工藝局部放大圖

考慮OP20拉延模工藝凸包取消及拉延筋加強等因素，料片向模具內流動量減小，分模線外側廢料變大，后續切邊工序存在廢料切不斷的風險，影響廢料正常脫落。需要對后蓋外板切邊模大平面側廢料刀進行優化，廢料刀需加長，如圖18所示。

圖18 切邊模下模

圖19 優化后量產狀態

優化效果

根據制定的優化方案對模具進行加工研配，通過OP20拉延模及后續模具的工藝優化，朗行后蓋外板上平面條狀癟塘及零件傷碎問題得到了很好解決，優化后批量生產零件表面狀態，如圖19所示。該優化成功地取消了批量零件工藝全返工，提高了零件的品質，減少了工藝返工的人力成本。零件報廢率由30%降低至5%以下，降低了生產報廢成本。生產停機率由50%降低至3%以下，提高了生產OEE，對提高車間生產效率意義重大。此外，通過工藝優化降低了模具對料片性能參數的敏感度，擴大了沖壓模具對料片的適用范圍，避免了生產過程的反復調整，極大地提高了生產穩定性。

結論

⑴兩廂后蓋外板上平面區域拉延較深，工藝凸包的存在會增大料片拉延傷碎的風險，工藝設計中上下模大平面區域應盡量避免工藝凸包的設置。工藝設置大平面區域包模芯拉延成形，有利于料片流動與受力均勻。

⑵拉延筋的設計至關重要，在料片拉延成形過程中拉延筋應起主要作用，工藝凸包的設置只起輔助作用，大平面的塑性變形應優先通過拉延筋的設置優化解決。

⑶拉延筋及壓邊面均能起到阻料作用，抑制料片流動，由于批量生產模具發熱對壓邊面阻料效果影響較大，工藝設置應以拉延筋阻料為主。