張瑜

（同濟(jì)大學(xué)；一汽轎車股份有限公司）

近些年來，隨著國產(chǎn)汽車的增多，消費者對轎車品質(zhì)的要求也逐步提升，由原本的代步工具需求轉(zhuǎn)變?yōu)閷π阅?、造型及駕駛安全等多方面的需求。各大汽車生產(chǎn)公司也在各方面不斷提升整體質(zhì)量以提高其品牌競爭力[1-2]。車門外板制件作為汽車金屬外覆蓋件，具有造型復(fù)雜、零件結(jié)構(gòu)尺寸較大和外觀表面質(zhì)量要求高等特點[3]。其表面上任何缺陷都會影響轎車整體造型效果，因此，車門外板表面不允許有褶皺、壓痕、波浪以及滑移線等缺陷[4-5]。而為了迎合消費者審美觀的變化以及個性化造型的需求，車后門外板制件出現(xiàn)明顯棱線，且棱線逐步變得尖銳起來。尖銳的棱線會使外覆蓋件表面出現(xiàn)滑移線缺陷，從而影響整車質(zhì)量。文章詳細(xì)介紹了使用AutoForm（R7）軟件識別及解決調(diào)試過程中車后門外板制件（以下簡稱“制件”）滑移線的問題，為其他同類車型相似問題提供參考方向。

1 制件滑移線缺陷及評價方法

某轎車生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中，車后門外板外表面出現(xiàn)了滑移線問題，嚴(yán)重影響沖壓件、白車身及整車質(zhì)量，奧迪特評審等級均為B 類缺陷，缺陷狀態(tài)如圖1 所示。

圖1 轎車后門外板滑移線缺陷位置狀態(tài)

由滑移線產(chǎn)生的“棱”會與制件內(nèi)表面棱線位置走料痕跡高度一致，這也是判斷缺陷是否是滑移線的一個決定性特征。由于滑移線平行于棱線且其特征為細(xì)而窄，所以一般檢測滑移線時，使用細(xì)砂紙垂直于棱線進(jìn)行拋光檢查。而當(dāng)滑移線程度較深時，不使用任何手段，迎光目視即可發(fā)現(xiàn)滑移線缺陷[6]。

2 制件滑移線缺陷分析與解決辦法

滑移線的產(chǎn)生是由于板料接觸凸模上的棱線產(chǎn)生變形，隨著沖壓件制件“成型”和“走料”過程，變形區(qū)域移出棱線圓角范圍并留在制件表面從而產(chǎn)生滑移線?；凭€的產(chǎn)生大多數(shù)可以分為3 個階段：1）板料接觸凸模上的棱線，產(chǎn)生塑性變形；2）成型過程中在棱線位置的板料發(fā)生“走料”時，塑性變形區(qū)移出棱線圓角；3）沖壓模具行程結(jié)束，塑性變形區(qū)未被校直。板料經(jīng)過以上3 個階段，才會最終形成滑移線，這3 個階段也是產(chǎn)生滑移線的必要條件，只要解決其中之一，滑移線問題即可解決。

通過以上分析，解決滑移線問題可以從產(chǎn)品、工藝及模具三方面來入手。其中產(chǎn)品方面的更改需要對整車造型進(jìn)行變動，對于已經(jīng)給定的產(chǎn)品來說，此方案可行性較低；而模具方面進(jìn)行局部強壓屬于被動手段，只有在工藝無法避免滑移線產(chǎn)生的情況下才選擇此方案，而且此方案一般只能減輕滑移線，消除滑移線的可能性較低；所以，滑移線的問題大多在工藝設(shè)計方面進(jìn)行識別及解決。文章通過工藝手段來解決該制件的滑移線問題。

3 滑移線模擬分析、設(shè)定及判定

3.1 產(chǎn)品分析與建模

圖2 示出后門外板制件棱線圓角位置及弧長。通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以看出，該車后門外板棱線突出，經(jīng)檢驗高出其他型面較多，板料成型過程中棱線位置的板料極易發(fā)生“走料”不均，而且棱線圓角弧長約為4.5 mm，遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安全值（15 mm）。以上均表明在成型時出現(xiàn)滑移線的風(fēng)險極高，這也與實際狀態(tài)一致。

圖2 汽車后門外板制件棱線圓角位置及弧長

車后門外板形狀為左右對稱，為了提高生產(chǎn)效率，一般會采用左、右車后門外板在同一套模具上進(jìn)行生產(chǎn)。而且為了提高板材的利用率，多數(shù)情況下采用同一張板料生產(chǎn)左、右門外板的形式，如圖3 所示。這種方式比1 張板料生產(chǎn)1 個車后門外板的方式可以使板材利用率提高5%左右，此方式中的兩件距離需要保證修邊線相距15 mm 以上，使修邊刃口有足夠的強度。

3.1.1 制件沖壓方向的設(shè)定

按照原工藝方案中的沖壓方向進(jìn)行設(shè)置，來還原工藝方案的情況。沖壓方向按照車身Y 方向整度數(shù)地旋轉(zhuǎn)至制件上下兩側(cè)在同一水平線上，如圖4 所示。

圖4 汽車后門外板沖壓方向設(shè)定

3.1.2 制件壓料面的設(shè)定

為了使模擬更接近實際模具情況，在壓料面設(shè)定時選用“直線—圓角”形式來設(shè)定壓料面形狀，這種形式的壓料面與真正用來加工的圖紙一致，如圖5 所示。而且為了保證壓料面合模的狀態(tài)良好，在設(shè)定壓料面時，選用單曲壓料面形式，即壓料面的一個方向為曲線，另一方向為直線。

圖5 汽車后門外板壓料面設(shè)定

3.1.3 制件工藝補充的設(shè)定

為了提高板材的利用率，在非必要的情況下，工藝補充要盡量接近修邊，在一些不影響板材尺寸的位置，做一些形狀補充。

3.1.4 板材形狀設(shè)定

板材的形狀會根據(jù)制件的形狀特征來選取，而后門外板一般會選取長方形或梯形板材。根據(jù)本車型制件的形狀特征，梯形板料明顯更有利于利用率的提升，及后續(xù)模具中廢料的排出，如圖6 所示。

圖6 汽車后門外板板材形狀設(shè)定（梯形）

3.1.5 拉延筋設(shè)定

對于拉延筋的設(shè)定，一般會選擇凸模的輪廓線向外偏置15 ～20 mm（取決于利用率的要求及對管理面尺寸的要求）。由于受制件形狀的影響，拉延筋的設(shè)定需要經(jīng)過多輪調(diào)整，不再詳述。

3.1.6 計算模式設(shè)定

AutoForm（R7）提供了3 種可供選擇的計算模式（CE，CE+，F(xiàn)V），其中 CE 為膜單元計算，CE+ 和 FV 為殼單元計算；CE 模式計算速度快，但是計算準(zhǔn)確度差；而CE+計算速度較CE 慢，但計算準(zhǔn)確度高；FV 模式是在CE+的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了精度，但對滑移線結(jié)果影響很小。所以本次選用CE+模式進(jìn)行模擬。

3.2 結(jié)果判定

3.2.1 整體判定

一般情況下，外表面件A 面區(qū)域減薄大于3%才能保證制件剛性以及表面質(zhì)量。通常調(diào)整模具拉延筋強度可解決滑移線問題，但這會降低制件的減薄率，從而降低了制件剛性以及表面質(zhì)量。只有在制件A 面減薄大于3%的狀態(tài)下，才具備對滑移線進(jìn)行分析的前提，故依據(jù)目前結(jié)果對滑移線進(jìn)行分析，如圖7 所示，圖7中紫色表示褶皺區(qū)域，藍(lán)色表示有褶皺風(fēng)險，灰色表示減薄率＜3%的區(qū)域，綠色表示減薄率≥3%的區(qū)域，另外還有黃色表示有開裂風(fēng)險的區(qū)域，紅色表示開裂的區(qū)域。制件分析結(jié)果符合不出現(xiàn)開裂的狀態(tài)。

圖7 汽車后門外板拉延模具成型性分析結(jié)果

3.2.2 滑移線判定

AutoForm（R7）在分析時需要提供半徑和壓強2 個參數(shù)。參數(shù)中的半徑是指板料在成型過程中所達(dá)到的最小半徑（非制件半徑），只有當(dāng)其低于設(shè)定值時，才會認(rèn)為此區(qū)域出現(xiàn)滑移線，所以該值按15 mm 設(shè)定；參數(shù)中的壓強是指凸凹模對板料的壓強，當(dāng)此壓強大于設(shè)定值時，開始計算滑移線，通常該值按0.5%設(shè)定。只有同時滿足以上2 個條件，才可計算滑移線。汽車后門外板滑移線模擬分析結(jié)果，如圖8 所示。通過圖8 可以看出，制件整條棱線均出現(xiàn)滑移線（黃線為滑移線起始線，綠色為滑移線結(jié)束線），大部分區(qū)域滑移線滑出圓角距離在1.5 mm 左右，但邊緣位置滑移距離高達(dá)9.5 mm 左右，此狀態(tài)無法接受。

圖8 汽車后門外板滑移線模擬分析

4 滑移線解決方案

4.1 調(diào)整沖壓方向

在最初設(shè)置時，制件的沖壓方向按照將制件放平的方式設(shè)定，但從滑移線的結(jié)果來看，這種方式不可行，整條棱線向制件上側(cè)滑移?，F(xiàn)對沖壓方向進(jìn)行調(diào)整，采用將棱線放平的方式設(shè)定沖壓方向，使其盡量平分棱線，如圖9 所示。按此方法設(shè)置沖壓方向，可以使板料的棱線兩側(cè)走料盡量均勻一致。

圖9 汽車后門外板沖壓方向的調(diào)整

按照新沖壓方向調(diào)整壓料面及工藝補充，并使制件A 面減薄大于3%，計算滑移線結(jié)果，如圖10 所示。從圖10 中可以發(fā)現(xiàn)，沖壓方向調(diào)整后，棱線滑移線的范圍明顯減小，大部分棱線滑移線均未滑出圓角，只有在制件邊緣約151.8 mm 范圍內(nèi)存在滑移線；而且最大滑移距離也由之前的9.5 mm 左右減小至6.7 mm 左右，證明旋轉(zhuǎn)沖壓角度對調(diào)整制件滑移線有明顯效果。但繼續(xù)調(diào)整沖壓方向，滑移線無明顯改善。

圖10 汽車后門外板沖壓方向調(diào)整后滑移線結(jié)果

4.2 調(diào)整模具局部拉延筋

圖11 示出汽車后門外板滑移線滑移方向及局部放大圖。從圖11 的分析結(jié)果中可以看出，滑移方向為右下方滑移，即滑移線向著制件角部滑移。這就需要對制件角部位置模具上的拉延筋進(jìn)行修磨以減小壓緊力。拉延筋強度因數(shù)按照0.1 的幅度逐步降低，考核各個結(jié)果的滑移線狀態(tài)及拉延筋強度，其模擬結(jié)果，如圖12～圖14 所示。圖12 中拉延筋布置情況共展示出6 段拉延筋，測定第1～第6 段的拉延筋強度因數(shù)分別為 0.9，0.6，0.3（0.2/0.1），0.6，0.5，0.5，并展示了角部拉延筋強度因數(shù)從0.3 降低至0.1 的滑移線情況和制件減薄情況。

圖11 汽車后門外板滑移線滑移方向及局部放大圖

圖12 汽車后門外板拉延筋布置與強度因數(shù)關(guān)系

圖13 汽車后門外板滑移線狀態(tài)與拉延筋強度因數(shù)關(guān)系

圖14 汽車后門外板制件減薄率狀態(tài)與拉延筋強度因數(shù)關(guān)系

通過圖12～圖14 可知：當(dāng)拉延筋強度因數(shù)為0.3時，制件邊緣約130 mm 范圍內(nèi)，最大滑移約6.5 mm，整體減薄達(dá)到3%以上；當(dāng)拉延筋強度因數(shù)下降至0.2時，制件邊緣約70 mm 范圍內(nèi)，最大滑移約5.8 mm，整體減薄達(dá)到3%以上；當(dāng)拉延筋強度因數(shù)繼續(xù)下降至0.2 時，制件邊緣約17 mm 范圍內(nèi)，最大滑移約3.4 mm，A 面局部減薄低于3%。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)拉延筋強度因數(shù)由原本的0.3 降低至0.2 時，滑移線范圍明顯減小，而且制件A 面的減薄仍可維持在3%以上；而當(dāng)拉延筋強度因數(shù)降低至0.1 時，制件A 面出現(xiàn)減薄不足3%的區(qū)域。所以調(diào)整拉延筋強度最終結(jié)果為拉延筋強度因數(shù)可以降低至0.2，滑移線情況為距邊緣約70 mm 范圍內(nèi)出現(xiàn)滑移，最大滑移約為5.8 mm。

到目前為止，制件仍存在較嚴(yán)重滑移線，需要嘗試其他手段對滑移線進(jìn)行優(yōu)化。

4.3 調(diào)整板料形狀

在沖壓工藝階段，調(diào)整滑移線的手段主要是“控制走料”，制件的局部滑移線過大，如圖15 所示的角部位置，雖然為同一條拉延筋，但角部的進(jìn)料明顯與其兩側(cè)的不同，即尖角部分的進(jìn)料明顯低于直線段。直線段板料沿垂直于板料邊緣方向進(jìn)料，而尖角部位是2 個直線段交接部分，2 個方向的進(jìn)料在此處相交，導(dǎo)致此處板料鎖死，故尖角部位無法進(jìn)料。這是板料成型的固有性質(zhì)，無法通過工藝手段解決。通過調(diào)整板料形狀，將尖角位置板料擴大，使板料尖角遠(yuǎn)離制件，如圖16 所示。為了驗證板料尖角對制件端部滑移的影響，除了調(diào)整板料形狀外，不對其他參數(shù)及工藝補充進(jìn)行更改，模擬結(jié)果如圖17 所示。通過此模擬結(jié)果可以看出，端部滑移線范圍及最大距離均有減小，調(diào)整方向是正確的，但效果并不是很明顯，需要進(jìn)一步對制件工藝補充進(jìn)行調(diào)整。

圖15 汽車后門外板收料線情況及角部鎖料分析

圖16 汽車后門外板板料形狀調(diào)整

圖17 汽車后門外板調(diào)整后滑移線狀態(tài)

4.4 調(diào)整工藝補充

結(jié)合上文，滑移線出現(xiàn)的區(qū)域為制件端部，而此滑移線是由手扣側(cè)工藝補充開始，蔓延到制件上。故將手扣側(cè)工藝補充向外移動70 mm 來加大工藝補充區(qū)域，如圖18 中“土黃色”部分所示。工藝補充調(diào)整后，制件滑移線狀態(tài)分析結(jié)果，如圖18c 所示，制件整條棱線滑移線均未滑出圓角，特別是制件端部，滑移線問題已經(jīng)解決。但同時也對整個制件的工藝造成影響，特別是對于板料的調(diào)整，導(dǎo)致板料尺寸增加，降低了制件的利用率，增加生產(chǎn)成本約2 元/件。

圖18 汽車后門外板工藝補充調(diào)整前后滑移線狀態(tài)及模擬結(jié)果

4.5 工藝補充優(yōu)化及結(jié)果

滑移線影響點不作更改，調(diào)整板料尺寸控制點，使工藝補充縮小至極限，如圖19 所示。經(jīng)過多輪優(yōu)化調(diào)整，最終達(dá)到材料利用率與板料形狀調(diào)整前一致，且無滑移線產(chǎn)生。按照新方案進(jìn)行了模具的加工制造，出件后整條棱線的滑移線缺陷消失。制件如圖20 所示。

圖19 汽車后門外板工藝補充優(yōu)化前

圖20 汽車后門外板實際制件調(diào)試后效果

5 結(jié)論

通過AutoForm 對某車型后門外板滑移線的分析及調(diào)整工作，提出了在工藝設(shè)計階段外表面件的滑移線解決方法：1） 調(diào)整沖壓方向可以減輕滑移線約29.5%，但無法消除；2）調(diào)整模具拉延筋可以減輕滑移線約9.5%，但無法消除；3）擴大工藝補充70 mm 可以消除滑移線，但增加生產(chǎn)成本2 元/件；4）優(yōu)化工藝補充可最終解決滑移線的問題，也不必增加生產(chǎn)成本。在此案例中所使用的新的滑移線調(diào)整及優(yōu)化方式，更能給以后的滑移線調(diào)整以啟迪作用。