解決整體車門內板窗框起皺的工藝優化方案

康春華

（泊頭市興達汽車模具制造有限公司，河北泊頭 062150）

1 引言

隨著汽車工業的蓬勃發展，消費者的選擇范圍也越來越大。汽車的性能、顏值和價格都是吸引消費者的重要因素。車門的造型影響著整車的美觀度，車門的制造和裝配流程影響著整車的成本。整體式車門作為一種常規的汽車造型設計，不但可以滿足造型美觀的要求，又因其制造和裝配流程簡單而節省成本。

在整體式車門總成中，車門內板雖然產品定性為內覆蓋件，但是它有較大部分區域屬于打開車門可視，所以對沖壓單品的要求也會相應提高。在沖壓過程中，車門內板的窗框角部位置存在起皺問題，這一直是同類零件的頑疾。缺陷位置如圖1中所示，該區域是消費者打開車門可直視的位置，單品的質量直接影響消費者對車輛品質的感知。

圖1 問題區域示意圖

本文以某整體式車門內板為例，針對該區域在沖壓過程中存在起皺的問題，對其起皺原因進行詳細分析，對解決此問題的工藝優化方案進行詳細闡述。

2 缺陷產生原因分析

由于相關件匹配度的功能性要求，窗框內側角部的立圓角R較小（見圖2），造型特征的深度h較深，立圓角R相切的兩個立壁拔模角α和β也很小，此位置屬于造型急劇變化的內凹特征區。在成形過程中，沖壓材料自身的延展率不滿足此區域的成形需求，出現制件開裂問題。沖壓工藝方案設計時，為解決此區域的開裂，需要在窗框內非產品區域安排落料孔，使窗框內的材料可以充分的流動，來彌補材料延展率的不足。

圖2 窗框角部區域放大圖

眾所周知，沖壓材料是具有較強的延展性能，但它的壓縮性能幾乎為零。合理的成形狀態（見圖3b），應該是材料得到各方向的充分拉伸延展。如圖3a所示，拉伸應力方向可以通過拉伸筋和壓邊力控制材料的延展和流動，而壓縮應力方向無法對材料的流動狀態進行有效的控制，這是導致窗框角部起皺的主要因素（見圖3c）。對于整體式車門內板來說，拉伸應力和壓縮應力是相互制約的，且必須同時存在的，這是窗框角部起皺問題一直成為沖壓工藝難題的根本原因。

圖3 造成起皺原因的應力圖

3 以往解決方式

以往工藝思路中，對于這個地方的缺陷處理有3種方式，如表1所示。

表1 缺陷處理的3種方式

圖4 常規拉伸結構和增加壓料裝置拉伸結構對比圖

4 優化方案

充分剖析這個區域產生缺陷的原因，充分吸收傳統沖壓工藝的處理思路。通過優化工藝補充，既不增加模具壓料裝置，又可以實現提前控制材料流動的優化方案。

4.1 優化方案可行性

優化方案的思路來源：成形過程中拉伸筋的作用。拉伸筋是在拉伸過程中，對材料進行流速和流向控制的最有效因素。

充分利用車門內板窗框內部的非產品空間，在落料孔和產品邊界之間的區域（見圖5陰影位置），增設類似拉伸筋性質的工藝補充特征來控制材料流動。通過對工藝補充特征的調整，實現在指定時間對材料流速和流向進行控制。既保證了材料的足夠流動消除開裂，又保證在即將起皺時對材料進行有效的控制消除褶皺。

4.2 優化方案說明

優化方案是在圖5所示意位置增設類似矩形拉伸筋條形式的補充特征，通過拉伸筋的觸料圓角和立壁角度來控制材料的流速和流向。

圖5 增加工藝補充位置示意圖

優化后的工藝補充方案如圖6所示，將制件邊界在沖壓方向下進行平行移動，得到補充特征的邊界位置。制件邊界到特征邊界的水平距離為產品角部立壁高度h的3～5倍。保證L距離不小于15mm。

圖6 優化工藝補充圖

補充特征立壁的拔模角α決定著材料的流動速度，參照矩形拉伸筋標準，α值在0°～5°；根據控制材料的時間，確定工藝補充特征的高度H，H值設定為：控制時間+5mm；工藝補充特征的圓角Ra和Rb都是控制材料流速的重要因素，參照矩形拉伸筋的標準，Ra取值在R1.5～R2.5mm，Rb圓角可根據成形性模擬的情況，取值在R2～R5mm；工藝補充特征轉角處的立圓角R，根據成形性模擬中開裂的情況調整，通常R值為R50～R100mm；工藝補充特征的高度H不得大于制件的高度h。靠近落料孔側的補充特征，可以做的緩一些，便于成形前期的材料流動。

優化后的工藝補充方案工作過程：在前期拉伸成形過程中，優化的特征未參與成形，窗框內的落料孔，可以使材料實現充分的流動，消除窗框角部位置的開裂；當成形過程到達指定控制材料流動的時間節點，拉伸上模的補充特征Ra角和拉伸下模的補充特征Rb角接觸，對材料進行有效的控制，抑制住壓縮應力；隨著成形工作的繼續，補充特征的拔模角α、控制圓角Ra和Rb充分介入，對材料進行鎖緊控制。如圖7所示，工藝補充特征初始參與成形時，窗框角部X區域的材料長度為L1；成形結束，材料由長度L1被拉伸至長度L2。優化的工藝補充方法，使造成缺陷的壓縮應力轉變成合理的拉伸應力，不僅對流動的材料進行控制消除了窗框角部的起皺問題，還使得材料得到很好的拉伸延展效果。

圖7 優化方案對材料展開長度示意圖

4.3 優化方案驗證

通過CAE的成形模擬結果對比，增加工藝補充特征的優化方案，無論是FLD成形性還是起皺風險選項的研判，窗框角部的起皺問題都得到了有效控制，效果明顯。詳見對比如表1所示。

5 結束語

在非產品區域增加工藝補充特征的優化方案，在上模不增設壓料裝置的情況下，實現了在指定時間對材料的流動狀態進行控制，不僅有效的消除了窗框角部的起皺，還對窗框角部的材料進行了充分的拉伸。

表1 CAE模擬起皺狀態對比

優化后的工藝補充方案，在良好的解決了車門內板窗框角部起皺的前提下，最大化的節約了模具制造成本和調試成本，最大化的降低了生產穩定性帶來的廢品率問題。無論是前期模具制造還是后期批量生產，在成形效果、模具制造難度、調試便捷和生產維護等各方面，效果都是很明顯。這種方法同時可以應用于其他類似特征的內板件，具有一定的適用性和推廣價值。