車門外板銳棱制作及其面品改善方案實例研究

劉亞剛

摘? 要：銳棱就是將外覆蓋件的主棱線R角做得很小，趨近于R0效果，讓板件看上去更有質感和層次感。外覆蓋件銳棱處的面品缺陷是各個車廠所關注的重要問題之一。在車門外板項目開發過程中，車門外板有銳棱要求并在現場調試階段出現了外觀面品缺陷，通過多種方案的嘗試，制作出了車門外板銳棱效果，同時銳棱處的面品缺陷得到了最大限度的改善，提高了板件的面品質量、板件成型后的穩定性，減少了現場鉗工反復上壓機合模的時間，降低了在現場為改善面品缺陷重新3D型面加工、研合、調試的費用，使項目的成本得到了降低并縮短了項目的生產周期。

關鍵詞：車門外板;銳棱制作;面品改善;汽車模具

0? 引言

近幾年隨著汽車行業發展迅速，各個車廠對自己的產品精益求精，對汽車外覆蓋件的外觀造型要求越來越高，很多車企都在外覆蓋件上制作了銳棱效果，所謂銳棱就是將外覆蓋件的主棱線R角做得很小，趨近于R0效果，讓板件看上去更有層次感，如側圍、車門外板、機蓋外板、后背門外板、葉子板等外覆蓋件都有做銳棱的案例。汽車外覆蓋件的質量對整個汽車質量有著重要的影響，這就促使人們千方百計地為了提升板件的質量而不斷地去探索研究板材沖壓成形理論和成形技術。由于汽車外覆蓋件大多都是三位空間型面，所以其沖壓成形中的變形復雜，變形規律不好把握，影響質量問題的因素錯綜復雜^[1]。由于零件面品不達標會導致模具廠無法按時交模，外覆蓋件的外觀面品問題一直困擾著各個汽車模具廠，如前后車門外板門把手附近表面光影不順的問題，前后車門外板主棱線滑移的問題，頂蓋尾部局部下榻的問題，等等。這些面品問題會直接影響整車的外觀品質，從而影響消費者的主觀意識，需要尋找優化或解決方案。

車門外板是每個車主接觸最多的板件，每次上車都要先直面車門外板，所以對其外觀質量是A級標準要求，A級型面對于光照缺陷非常嚴格，外覆蓋件生產后都要先烤漆，然后進行板件的光照測試，看A級型面的在光照下，線條是否光順，且要求線條連續無斷差，對于成型出來的外覆蓋件的光順度有著非常高的要求。如圖1所示，由于車門外板上的銳棱是設計在主棱線上，而且存在一邊凸R、一邊凹R的過渡區域，對于拉延的成型性較難控制，易導致板件開裂，因此銳棱成型是難題。

1 銳棱成型的難點分析

此項目為2019年筆者所在公司開發的某品牌汽車公司車門外板項目。此項目為短周期項目，給各工段的開發周期都比較短，因此在前期工藝階段，必須保證車門外板的沖壓可行性，盡量在現場無成型性問題，減少模具反復修改。車門外板按4工序的方案執行，其中為了保證銳棱成型性及其面品，筆者組織現場調試專家一起討論了方案，利用他們現場的豐富調試經驗，在前期工藝階段規避一些問題，對拉延的成型性進行了大量的CAE計算，整個銳棱的成型都在拉延模完成，但在鉗工調試模具時還是出現了銳棱處在成型過程中開裂和后期曲率不順的面品問題。

2 銳棱成型方案設計與優化

2.1 產品造型方面

車門外板銳棱處出現問題的首要因素就是產品自身的造型，它先天決定了缺陷程度大小。項目啟動后剛接到客戶提供的產品數模，筆者就組織現場專家開專題會議討論制作銳棱的事情，將嚴重影響板件銳棱成型性的產品造型，如車門外板銳棱兩側產品凸R角和凹R角的太小，凸凹R區域的過渡區域等問題，都給客戶提了產品數模同步工程（產品發于模具廠家制作，與產品造型制作同時進行），建議客戶在不影響整車裝配和保證間隙的前提下合理優化產品數模，減小由于產品自身造型造成的缺陷。此外在沖壓方向上讓銳棱左右側的夾角盡量一致。

2.2 工藝方面的優化

2.2.1 車門銳棱開裂及曲率不順的原因及檢測方法

車門外板銳棱開裂是板件成型性問題，出現在第一工序板件成型時產生的，由于凸模銳棱處造型R角是做到趨近R0的狀態，導致板件在接觸到后成型凸R和凹R造型時走料不均，左右受力不均，導致銳棱處A面出現了開裂的問題，同時需要對工藝補充面做優化處理，工藝補充是指為了順利拉深成形處合格的制件，在沖壓件的基礎上添加的那部分材料。工藝補充是拉深件設計的主要內容，不僅對拉深成形起重要影響，而且對后面的修邊、整形、翻邊等工序的方案設計也有重要的影響^[1]。在后期銳棱成型性問題解決后又出現了銳棱附近板件曲率不順的面品缺陷。曲率不順的問題我們利用了排除法得到問題出在拉延工序上，檢測方法是油石檢測法，就是利用油石在板件上打磨確認油石在板件上磨出來的曲率痕跡是否連續即可。從第一序的工序件油石痕跡可以判定問題是在第一序產生，但為了確認后序是否有加劇外觀缺陷，又對后三序的板件進行了確認，結果反饋后序對外觀缺陷無加劇的效果。

汽車模具行業對于外覆蓋件面品檢測方法之一是利用規格為300/500/1000號的油石，在工序件上可能存在外觀缺陷的區域來回打磨，方向與銳棱R角處成45度，通過油石打磨會在工序件上留下痕跡線，如果痕跡斷斷續續則表示面品存在缺陷。工藝補充面的造型好壞也是決定面品有無缺陷的關鍵因素之一。之前項目的車門外板主棱線也是憑借現場專家的經驗來指導工藝制作，現場出件后利用油石進行檢測。如果出現面品缺陷就必須對型面進行更改，按照加工、合模、調試、出件的制作流程再走一遍，之后才能進行檢測，非常浪費時間，增加了制造成本。我們通過CAE模擬軟件-AUTOFORM來檢測外觀面品缺陷，這個功能可以模擬真實油石檢測的原理，其中Store Length表示油石的長度，根據實際情況選擇不同長度的油石，如外觀有缺陷就會呈現紅色。通過以前一些項目的外覆蓋件驗證，此功能的準確度較高。在確認AUTOFORM中的此命令檢測的可行性后，制作工藝補充造型的方案，然后通過AUTOFORM進行模擬，確認缺陷程度。另外一種方法是通過觀察板件的斑馬線來檢測板件曲率是否連續^[2]。A7F2C8BF-B95D-4F22-8EC5-0995DAE547A0

2.2.2 針對車門外板銳棱處區域的工藝制作方案

針對車門外板銳棱處曲率不順問題，我們設計了如下三種方案：

1）按現有工藝狀態進行AUTOFORM模擬分析，看斑馬紋檢測結果和油石檢測結果，確認是否存在板件曲率問題。

2）將凸模銳棱處的R角做到R0.5和R1的狀態，看斑馬紋檢測結果和油石檢測結果，確認是否存在板件曲率問題。

3）針對現場反饋的情況，筆者判斷出問題的原因是由于成型凸R和凹R造型時走料不均，左右受力不均導致曲率不順。這樣可以在原來工藝的基礎上，將水切處產品之外的余肉進行處理，讓板件接觸凸模后左右受力均勻，不會發生左右偏移的狀態，利用AUTOFORM模擬分析。另外讓壓料面碰觸銳棱時保證同時接觸。

根據以上方案的模擬測試結果，我們發現第三種方案缺陷較輕，不過拉延模修改量較大，需要在凸模水切處局部補焊，追加工凸模，對上凹模進行追加工。

2.3 結構圖設計方面

在結構上，整個模具在成型過程中力的傳導不好，凸模和上凹模局部產生微量變形，影響了板料在成型過程中的走料狀態。經過分析，原因在于銳棱處只是縱向設計三根到底肋，受力筋狀態不好，因此在后續設計中，凸模和上凹模需要延著主棱線布置到底肋，讓模具受力穩定。

3 加工數據制作方面

因車門外板主棱線和以往的不同，所以在主棱線的加工數據也要做特殊處理，才能解決板件成型時開裂的問題。一方面，不能讓凸模的銳棱將板料戳破。這就需要板料在接觸凸模后，在銳棱尖端只有一面接觸，另外一側做避空處理，而且上模銳棱凹型面無法做成和凸模一樣R0的效果。由于此逃料區域非常小，高度0.4mm，寬度0.4mm，需要定制特殊刀具來完成加工工作。另一方面，要將板件壓死，在銳棱的左右側設置強壓區域。此面由制作加工數據的人員做單獨處理，避讓槽左右側長度10～15mm區域做0.05～0.08mm的強壓面，然后在做10～20mm的過渡區域，將強壓值過渡到正常型面值。此加工面做好后還要返回到AUTOFORM中進行斑馬紋檢測和油石檢測，如果沒有問題便用此面做加工數據。

在凸模銳棱加工過程中還需要注意加工軌跡、進給速度、轉速等參數。

4 鉗工調試研合方面

車門外板的模具型面加工完成，現場試模打件后，利用三坐標測量儀對車門外板銳棱區域進行掃描判定板件造型尺寸是否正確，如果尺寸不正確時再根據情況來決定對策：如果車門外板銳棱區域低于數模，則通過修改加工數據，重新將模具上下模上機臺加工，機加工完成后由鉗工上壓力機調試研配型面。如果車門外板銳棱區域高于數模，則通過修改加工數據，下模直接上機臺加工型面，上模要進行降刻處理（由于是外覆蓋件板，一般不在型面上做補焊處理），機加工完成后由鉗工上壓力機調試研配型面，進行藍丹合模調試，保證強壓區域的藍丹為泛白狀態。

車門外板從工藝部、結構部、制造部和制模部四個部門做好以上六個方面，再對車門外板銳棱區域是否會存在面品缺陷做整流程跟蹤，模具加工完成后交鉗工合模調試壓件[3]。車門外板銳棱現場油石檢測件，修改后油石打磨的痕跡線基本上都連續的，并且與當時CAE模擬的油石檢測圖片做比對，也基本上吻合。為了進一步確認板件狀態我司提供交樣板件給客戶，客戶會試裝車并對板件進行噴漆光照，確認板件是否存在尺寸及面品缺陷，沒有問題即滿足客戶的需求，板件合格。

5 結論與展望

針對車門外板銳棱處成型性問題，設計了多種方案，利用AUTOFORM模擬出板件成型性結果，然后對各個方案的結果進行分析，現場對模具進行加工調試，成功解決了某公司車門外板的銳棱成型性問題。我們選擇將精力放在前期工藝上，這樣才能起到有效控制成本，縮短制造周期，提升工作效率的作用。未來汽車行業銳棱技術的應用將會越來越廣，不過不同的車門外板其造型不一，面品缺陷也千差萬別，需要針對性地做好前期工藝方案的設計，以最優的狀態投入到生產。

參考文獻：

[1]李雅. 汽車覆蓋件沖壓成形技術[M]. 北京：機械工業出版社，2018

[2]魏春誼，孫勝偉，李惠龍，等. 汽車沖壓車身銳棱技術發展淺談[J]. 汽車工藝與材料，2020（5）：30-33

[3]陳超，陳開朗，劉麗莉. 鋁板沖壓銳棱技術的研究[J]. 鍛造與沖壓，2021（10）：24-29A7F2C8BF-B95D-4F22-8EC5-0995DAE547A0