側(cè)圍C 柱凹型特征沖壓工藝設(shè)計(jì)及面品缺陷優(yōu)化方案

文／張雄飛，胡勇，于博，于慕寒，安洪震·一汽模具制造有限公司

通過對(duì)側(cè)圍外板C 柱凹型特征的產(chǎn)品工藝性分析研究，制定合理的沖壓工藝設(shè)計(jì)方案，通過分析制件成形過程中板料流動(dòng)特性，進(jìn)而設(shè)計(jì)合理的沖壓工藝造型以保證制件的成形性及面品質(zhì)量；總結(jié)分析不同沖壓工藝造型CAE 模擬分析結(jié)果和實(shí)際制件面品缺陷狀態(tài)對(duì)應(yīng)性。

隨著人們生活水平的日益提高，國人對(duì)汽車的可觀賞性要求也越來越高，各種各樣汽車造型的新穎開發(fā)，外觀質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)的極度嚴(yán)格，給沖壓工藝設(shè)計(jì)及制造調(diào)試帶來了極大的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品形狀的設(shè)計(jì)意圖，有必要在成形工藝上加以研究，實(shí)現(xiàn)側(cè)圍外板在C 柱凹型區(qū)域的造型特點(diǎn)，如圖1 所示，并保證沖壓模具各工序在成形過程中產(chǎn)品的成形質(zhì)量，因此針對(duì)轎車側(cè)圍外板C柱凹型特征及表面質(zhì)量的成形性加以研究，層層控制，使產(chǎn)品形狀特征得以實(shí)現(xiàn)。

圖1 側(cè)圍外板C 柱凹型產(chǎn)品特征

從產(chǎn)品工藝性優(yōu)化入手，即在產(chǎn)品SE 階段將側(cè)圍的工藝性問題進(jìn)行優(yōu)化、解決，保證正常的沖壓工藝設(shè)計(jì)周期及相應(yīng)的技術(shù)要求，最終保證調(diào)試過程的順利進(jìn)行，提高首件的尺寸合格率，減少制件整改周期，減少設(shè)備占用，從而實(shí)現(xiàn)用最優(yōu)的工藝方案來降低制造調(diào)試過程成本目標(biāo)。

側(cè)圍外板C 柱凹型面品缺陷產(chǎn)生原因

由于受產(chǎn)品造型影響，在拉延過程中板料接觸C柱后三角窗下方凸點(diǎn)和主腰線凸點(diǎn)后，由于主腰線上方的大曲率凹造型，在兩凸點(diǎn)之間形成多料區(qū)，如圖2 所示。

圖2 拉延成形板料接觸狀態(tài)

隨著拉延接近到底，板料由門洞和尾燈處貼凹模繼續(xù)向多料區(qū)聚集，鐓死時(shí)凸凹模擠壓板料形成隆起和沖擊凹陷，如圖3 所示。現(xiàn)場(chǎng)制件C 柱凹型A 面臨近R 角位置存料嚴(yán)重，導(dǎo)致面品缺陷，如圖4 所示。

圖3 拉延成形過程

圖4 制件面品缺陷

優(yōu)化工藝造型、優(yōu)化面品缺陷

C 柱過拉延工藝造型優(yōu)化的兩種過拉延設(shè)計(jì)方式：原工藝過拉延為將C 柱凹型處產(chǎn)品A 面順延0.5mm 后倒圓角的方式，如圖5 所示。優(yōu)化后工藝過拉延為將C 柱處產(chǎn)品R 角直接成形，防止整形時(shí)A面圓角拱起，如圖6 所示。兩種過拉延方式CAE 模擬分析結(jié)果顯示第二種過拉延方式理論面品缺陷有所緩解，如圖7 所示。優(yōu)化過拉延方式后，現(xiàn)場(chǎng)制件實(shí)際面品缺陷未見好轉(zhuǎn)，如圖8 所示。

圖5 過拉延方式1

圖6 過拉延方式2

圖7 CAE 模擬分析結(jié)果對(duì)比

圖8 優(yōu)化方案后制件面品缺陷

C 柱凹型對(duì)應(yīng)位置凸模輪廓優(yōu)化。SE 模擬驗(yàn)證凸模輪廓線貼近產(chǎn)品邊界，拉延筋約束較弱，C 柱凹型處成形過程明顯可視起皺情況，如圖9 所示。優(yōu)化SE 的凸模輪廓線遠(yuǎn)離產(chǎn)品邊界，加大拉延筋約束，同時(shí)調(diào)整C 柱尖點(diǎn)處過拉延，避免拉延開裂，C 柱凹型處成形過程起皺情況明顯改善，如圖10 所示。通過優(yōu)化調(diào)整凸模輪廓線距離產(chǎn)品邊界的位置，從理論模擬分析結(jié)果可以看出，遠(yuǎn)離產(chǎn)品邊界的凸模輪廓線起皺情況有明顯改善。

圖9 模擬分析起皺情況

圖10 優(yōu)化后模擬分析起皺情況

C 柱凹型對(duì)應(yīng)位置工藝凸包優(yōu)化。鑒于以上兩種模擬分析驗(yàn)證結(jié)果，在采用取消C 柱凹型區(qū)域的過拉延和遠(yuǎn)離產(chǎn)品凸模輪廓線的工藝造型前提下，增加工藝凸包，調(diào)整工藝凸包的角度和高度，與多料區(qū)域更直接的對(duì)應(yīng)，達(dá)到改善成形過程中拉延多料的情況，如圖11 所示。CAE 模擬分析各項(xiàng)指標(biāo)，如圖12 ～15 所示。

圖11 工藝凸包造型

圖12 模擬分析起皺情況

圖13 潛在起皺評(píng)價(jià)指標(biāo)

圖14 次應(yīng)力評(píng)價(jià)指標(biāo)

圖15 表面扭曲評(píng)價(jià)指標(biāo)

經(jīng)過以上工藝造型調(diào)整優(yōu)化，加之模擬分析結(jié)果顯示，C 柱凹型處各類CAE 評(píng)判指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)，可基本解決此處面品缺陷問題。現(xiàn)場(chǎng)制件實(shí)際面品情況滿足質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制件達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖，如圖16 所示。

圖16 最終制件面品狀態(tài)

結(jié)論

針對(duì)側(cè)圍C 柱凹型特征區(qū)域的產(chǎn)品造型，基于模擬分析探索最佳應(yīng)對(duì)方案，通過工藝手段保證A級(jí)表面面品技術(shù)要求，達(dá)到在設(shè)計(jì)階段快速識(shí)別側(cè)圍C 柱凹型特征區(qū)域的產(chǎn)品造型是否會(huì)存在面品缺陷及相適應(yīng)的解決方案。

本文對(duì)具有凹型特征C 柱的側(cè)圍進(jìn)行了研究，研發(fā)過程取得以下成果：總結(jié)分析側(cè)圍C 柱凹型特征區(qū)域產(chǎn)生面品缺陷的根本原因；確定了側(cè)圍C 柱凹型特征區(qū)域的產(chǎn)品造型CAE 模擬分析參數(shù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)；可將本文的研究成果應(yīng)用在其他類似側(cè)圍中，解決產(chǎn)品面品缺陷問題，成果可快速轉(zhuǎn)化。

側(cè)圍外板的沖壓工藝設(shè)計(jì)及制造調(diào)試是一個(gè)長期積累的過程，需要不斷地進(jìn)行完善、充實(shí)、改進(jìn)、更新，以適應(yīng)不同時(shí)期模具制造技術(shù)發(fā)展的需要。模擬環(huán)境的邊界條件與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的對(duì)應(yīng)性問題的研究，現(xiàn)場(chǎng)問題與模擬結(jié)果存在一定的差異屬于正常情況，但個(gè)別區(qū)域差異較大，需要進(jìn)一步深入研究。基于全流程的模擬分析技術(shù)對(duì)側(cè)圍外板的成形性及面品缺陷進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，尤其是控制方面的研究，提高前期分析預(yù)測(cè)與調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)制件狀態(tài)的對(duì)應(yīng)性。

從調(diào)試階段所出現(xiàn)的問題對(duì)當(dāng)初改善產(chǎn)品工藝性的解決方案、最終所采用的工藝設(shè)計(jì)方案、針對(duì)可制造性遺留問題所采用的預(yù)案等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)技術(shù)問題的解決方案、整改過程、以及結(jié)果進(jìn)行及時(shí)的總結(jié)，對(duì)側(cè)圍外板的沖壓工藝設(shè)計(jì)及相關(guān)的技術(shù)發(fā)展有了更深層次的提高，從而保證制造、調(diào)試過程的順利進(jìn)行。