側(cè)圍外板C 柱處外觀面光影扭曲原因分析及對策

針對某汽車側(cè)圍外板C 柱處外觀面局部區(qū)域沖壓調(diào)試時存在光影扭曲的問題，現(xiàn)場對該產(chǎn)品的工序件質(zhì)量及模具研配情況進行分析，確認此處的缺陷主要是在OP20 整形工序形成的。進一步結(jié)合CAE 分析缺陷產(chǎn)生的機理，認為造成缺陷的主要原因是整形時該區(qū)域的應(yīng)力分布不均，整形后應(yīng)力釋放導(dǎo)致不均勻變形，最終表征為產(chǎn)品局部光影扭曲。

從臨床上來看，孕婦年齡越大，產(chǎn)后憂郁癥的發(fā)病率越高，這可能與產(chǎn)后體內(nèi)激素變化有關(guān)。很多產(chǎn)后抑郁癥的女性在產(chǎn)前就已經(jīng)有先兆，如常常莫名哭泣、情緒低落等，這時家人一定要多加安慰，安撫孕婦情緒。

汽車造型設(shè)計師熱衷于采用豐富的曲面設(shè)計語言，結(jié)合光影流轉(zhuǎn)的生動型面，實現(xiàn)產(chǎn)品風(fēng)格理念的傳遞，以期給用戶帶來豐富的感官盛宴。但是這種豐富變化的曲面，要求的是更高的曲面制造精度，這無疑提升了沖壓工藝的難度，除了施加必要的A 面回彈補償外，更重要的是盡量消除面品缺陷。

側(cè)圍外板是汽車車身尺寸最大、曲面最為復(fù)雜、工藝難度系數(shù)高的外覆蓋件，其表面上任何缺陷都會影響整車外觀造型效果。本文以某運動轎車的側(cè)圍外板為例，針對該產(chǎn)品C 柱區(qū)域凹陷導(dǎo)致的光影扭曲問題，通過現(xiàn)場問題解析并結(jié)合CAE 輔助分析，提出相應(yīng)的解決對策，獲得與設(shè)計光影一致的產(chǎn)品。

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側(cè)圍外板C 柱區(qū)域一般結(jié)構(gòu)特征及工藝方案

結(jié)構(gòu)特征

在模具制造中，研配是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序，檢查研配是否良好，用藍丹著色率來體現(xiàn)，即模具合模時著色區(qū)域面積占比。圖5 為OP10 拉延工序和OP20 整形工序設(shè)計著色和現(xiàn)場藍丹著色情況，兩個工序的現(xiàn)場藍丹著色率均在85%以上，符合著色要求，所以產(chǎn)品此處的凹陷并非模具研配不到位導(dǎo)致，具體原因需要通過CAE 進一步輔助分析。

工藝方案

產(chǎn)品拉延及整形過程中均產(chǎn)生復(fù)雜的平面應(yīng)力，導(dǎo)致在成形到底后產(chǎn)品會存在不均勻變化的殘余應(yīng)力，經(jīng)過應(yīng)力釋放(即回彈)后，在自由狀態(tài)下，這種回彈是不可逆的，最終體現(xiàn)為產(chǎn)品的不均勻變形，即各種產(chǎn)品缺陷。對拉延及整形后(回彈前)側(cè)圍外板C 柱區(qū)域的主、次應(yīng)力進行分析，如圖8 所示。OP10 拉延到底時產(chǎn)品為雙向拉應(yīng)力狀態(tài)，主、次應(yīng)力均勻變化，測量區(qū)域變化量小于100MPa，應(yīng)力釋放方向為雙向壓縮方向，對產(chǎn)品質(zhì)量無明顯影響。OP20 整形到底時，相應(yīng)區(qū)域處于拉、壓應(yīng)力狀態(tài)，主、次應(yīng)力在測量區(qū)間變化量超過200MPa，經(jīng)過應(yīng)力釋放后，沿著C 柱區(qū)域均為壓、拉應(yīng)力狀態(tài)，如圖9(a)所示，在該應(yīng)力的作用下，A-A 截面容易出現(xiàn)如圖9(b)所示的變形，表現(xiàn)到產(chǎn)品上則為上述圖4(b)所示的凹陷。因此，改善側(cè)圍外板C 柱區(qū)域的凹陷問題，應(yīng)該調(diào)整該處應(yīng)力狀態(tài)。

利用Autoform有限元分析軟件進行建模分析。其中，側(cè)圍外板材料為DC54D+ZF-SL，料厚為0.65mm，其力學(xué)性能參數(shù)見表1。

由于該材料為熱鍍鋅自潤滑鋼板，沖壓成形時動摩擦系數(shù)設(shè)置為0.12，同時，匹配現(xiàn)場工藝參數(shù)，壓邊力設(shè)置為280t，拉延深度為240mm，OP20 上壓板壓力為40t。為了提升分析的準(zhǔn)確性，CAE 分析控制參數(shù)采用FV 模式，導(dǎo)入幾何體網(wǎng)格最大線長設(shè)置為10mm。

側(cè)圍外板C 柱區(qū)域缺陷產(chǎn)生原因分析

調(diào)試現(xiàn)場情況

利用Autoform 工具“Surface Lows”檢測表面質(zhì)量狀態(tài)，其中油石長度定義為100mm，方向為X 向，自由回彈狀態(tài)下的分析結(jié)果如圖6 所示。OP10 拉延件并未出現(xiàn)表面凹陷，而OP20 整形后的產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重的表面凹陷，與產(chǎn)品實際調(diào)試一致。對自由回彈狀態(tài)的工序件進行光影檢測，如圖7 所示，OP20 整形工序造成的缺陷，引起側(cè)圍外板C 柱局部區(qū)域的光影扭曲。

無論是MPV、SUV 或者是轎車，側(cè)圍外板C 柱區(qū)域的結(jié)構(gòu)特征主要由3 部分組成：后車門與側(cè)圍外板的分縫特征①、后車門與側(cè)圍外板匹配臺階特征②及側(cè)圍外板Y 向截面曲率特征③，如圖1 所示。其中①和③處的特征主要由造型風(fēng)格決定，②處的特征主要受制于車身結(jié)構(gòu)。

CAE 輔助分析

Ⅰ期槽孔槽段內(nèi)布置3組直徑為250 mm的導(dǎo)管，相鄰導(dǎo)管間距設(shè)置為3.0 m，兩端導(dǎo)管距孔端1.0 m，Ⅱ期槽孔槽段內(nèi)同樣布置3組直徑為250 mm的導(dǎo)管，相鄰導(dǎo)管間距為2.8 m，兩端導(dǎo)管距離孔端1.0 m。

(1)實驗一。異常發(fā)生后再次對該井水溫梯度進行重新測量，并與之前的水溫梯度測量結(jié)果進行了對比分析，結(jié)果見表1、2，圖1、2。

該側(cè)圍外板C 柱區(qū)域需要通過兩道工序才能完成，為了分析缺陷產(chǎn)生的主要原因，對該產(chǎn)品工序件通過油石打磨逐一進行評審，如圖4 所示。產(chǎn)品凹陷區(qū)域在OP10(拉延工序)時輕微出現(xiàn)，而經(jīng)過OP20(整形工序)后，缺陷面積急劇擴大，表明整形工序是造成缺陷的主要原因。

通常，圖1 中②處特征的側(cè)壁拔模角為車身Y向8 ～12°，上圓角為R1.2mm ～R3mm，如圖2 所示。根據(jù)經(jīng)驗，該處特征無法一次拉延直接到位，需要增加整形工序，所以側(cè)圍外板C 柱處工序一般為拉延→修邊、整形。

改善側(cè)圍C 柱區(qū)域光影不順的對策

調(diào)整OP20 整形上壓板壓力

為了分析OP20整形時上壓板壓力對缺陷的影響，設(shè)定壓板壓力為40t、150t、2000t 和5000t 后進行CAE 分析，結(jié)果如圖10 所示。隨著壓板壓力的增加，OP20 整形時C 柱區(qū)域材料流動逐漸變難，應(yīng)力分布趨于均衡，故產(chǎn)品自由回彈后，缺陷嚴(yán)重程度逐漸減弱，但并不能夠完全消除。因此，結(jié)合實際模具結(jié)構(gòu)，通過更換并增加氮氣缸，提高上壓板壓力可以改善缺陷。

[8]Remarks made during the NPC by Lu Hao,Heilongjiang’s governor and its deputy party-chief,appeared to ignite the unrest...（2016-03-19）

調(diào)整OP20 整形量

為了保證側(cè)圍外板C 柱區(qū)域(后門分縫臺階處)的成形性，需要先在該臺階設(shè)計過拉延工藝補充，再通過整形獲得產(chǎn)品所需形狀。但是與此同時，過拉延工藝補充也會影響整形后產(chǎn)品外觀質(zhì)量。如圖11 所示，A、B、C 截面為整形到底前0.4mm 板料的狀態(tài)，板料在整形刀塊的作用下，A、C 截面?zhèn)缺谂髁暇€均存在多料的情況，板料會在外觀面形成一定的擠壓力(壓應(yīng)力)，而B 截面?zhèn)缺谂髁暇€處于平直狀態(tài)，板料在外觀面形成拉應(yīng)力。正是這種相反應(yīng)力的存在，導(dǎo)致整形到底后，會存在如圖8(b)所示的壓、拉應(yīng)力狀態(tài)。

因此，可以通過調(diào)整該處的過拉延工藝補充參數(shù)，縮短A、C 截面處的線長，并使整形刀塊觸料時間點提前，以此改變A、C 截面處整形到底前的應(yīng)力方向；對于B 處截面，通過增加底部R 角，延遲整形刀塊觸料時間點，以此調(diào)整B 截面的拉應(yīng)力值，使各截面的應(yīng)力趨于均衡，優(yōu)化方案及對應(yīng)的分析結(jié)果如圖12所示。

實際改善結(jié)果

根據(jù)以上分析，結(jié)合實際模具情況，對OP10 模具側(cè)圍外板C 柱臺階的過拉延進行加工調(diào)整，并通過增加氮氣缸數(shù)量，將OP20 模具的上壓板壓力從原來的40t 提升至80t。圖13 為修模后重新上機進行調(diào)試獲得的側(cè)圍外板，其C 柱區(qū)域的凹陷有了較大的改善，光影趨勢與產(chǎn)品設(shè)計一致，滿足量產(chǎn)要求。

結(jié)束語

側(cè)圍外板是外覆蓋件中極其重要的產(chǎn)品之一，其光影扭曲會影響整車的感知質(zhì)量，必須進行整改。通過對現(xiàn)場實際產(chǎn)品及模具情況進行分析，并結(jié)合CAE模擬結(jié)果得出，缺陷主要由OP20 整形時產(chǎn)品相關(guān)區(qū)域應(yīng)力分布不均引起，優(yōu)化OP10 過拉延工藝，補充及增加整形時上壓板的壓料力，可以平衡應(yīng)力分布，整改后上機調(diào)試獲得了符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。