文／葉夢(mèng)彬·廣汽乘用車(chē)有限公司

馬寶順·盤(pán)起工業(yè)(大連)有限公司

隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，對(duì)汽車(chē)車(chē)身的品質(zhì)要求進(jìn)一步提升。整體側(cè)圍作為最大最關(guān)鍵的汽車(chē)車(chē)身部件，造型復(fù)雜，品質(zhì)要求高，是生產(chǎn)難度最高的部件。側(cè)圍由前立柱、中立柱及后翼子板等部分構(gòu)成，由于造型復(fù)雜，不可避免地存在較多尖點(diǎn)。這些尖點(diǎn)在側(cè)圍拉延或整形時(shí)極易開(kāi)、暗裂，是側(cè)圍變薄超差的重點(diǎn)高發(fā)位置。以前處理側(cè)圍尖點(diǎn)變薄超差通常采取磨圓、放大尖點(diǎn)的方法。隨著對(duì)車(chē)身質(zhì)量要求的提升，為了保持尖點(diǎn)的銳利視覺(jué)，現(xiàn)在已經(jīng)不允許放大尖點(diǎn)。本文結(jié)合筆者多年經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹解決側(cè)圍尖點(diǎn)變薄超差的處理方法。

側(cè)圍常見(jiàn)尖點(diǎn)

側(cè)圍尖點(diǎn)是指?jìng)?cè)圍因?yàn)樵煨托枰嬖诘募怃J的點(diǎn)。如前立柱前端兩側(cè)的尖點(diǎn)，后翼子板主棱線靠后門(mén)洞一頭的尖點(diǎn)，側(cè)圍后窗下部靠后門(mén)洞的尖點(diǎn)，后輪拱造型兩端的尖點(diǎn)，側(cè)圍尾燈、后保險(xiǎn)杠位置的尖點(diǎn)等，常見(jiàn)側(cè)圍尖點(diǎn)如圖1、圖2 所示。每一個(gè)車(chē)型都有其獨(dú)特的造型，這些尖點(diǎn)不是每一個(gè)車(chē)型的側(cè)圍都有。也有個(gè)別車(chē)型中立柱上部還有尖點(diǎn)，如豐田阿爾法的側(cè)圍中立柱上部，這些非常見(jiàn)的尖點(diǎn)這里不做討論。

尖點(diǎn)開(kāi)裂的原因分析、分類(lèi)及對(duì)策

尖點(diǎn)開(kāi)裂的原因分析

由于工藝的原因，上述尖點(diǎn)基本上不可能拉延就能成形好，需要拉延后通過(guò)整形成形。因此，尖點(diǎn)的開(kāi)裂有拉延開(kāi)裂和整形開(kāi)裂。拉延開(kāi)裂的點(diǎn)在整形后基本都會(huì)進(jìn)一步加劇開(kāi)裂。

拉延開(kāi)裂分兩種情況：⑴由于材料流入補(bǔ)充不足導(dǎo)致的開(kāi)裂；⑵最先觸料造成的開(kāi)裂。材料流入不足，造成的開(kāi)裂好理解，最先觸料點(diǎn)開(kāi)裂的原因是拉延過(guò)程中尖點(diǎn)先觸料，觸料點(diǎn)在成形過(guò)程中頂?shù)桨辶喜a(chǎn)生滑移，形成削磨效應(yīng)造成材料變薄超差甚至開(kāi)裂。

整形開(kāi)裂也分兩種情況：⑴拉延成形時(shí)材料儲(chǔ)備不足，材料整形時(shí)被拉開(kāi)造成開(kāi)、暗裂。這種情況發(fā)生率最高、最常見(jiàn)，如圖1 的點(diǎn)4―2、點(diǎn)5―1、點(diǎn)5―2 和圖2 的點(diǎn)7。⑵材料經(jīng)過(guò)拉延及一次整形后，尖點(diǎn)位置已經(jīng)因?yàn)槌尚味不?，再進(jìn)行二次整形而產(chǎn)生開(kāi)、暗裂。最典型的例子就是前立柱尖點(diǎn)。

圖1 常見(jiàn)側(cè)圍尖點(diǎn)示意圖A

圖2 常見(jiàn)側(cè)圍尖點(diǎn)示意圖B

拉延時(shí)如果尖點(diǎn)處材料預(yù)留不足，整形時(shí)尖點(diǎn)材料需要進(jìn)一步成形而延展，而整形時(shí)一般無(wú)法進(jìn)行材料補(bǔ)充。這種整形開(kāi)、暗裂，如果不允許放大、磨圓尖點(diǎn)，要解決的難度極大。

尖點(diǎn)開(kāi)裂按原因分類(lèi)及對(duì)策

⑴拉延材料流入不足導(dǎo)致的開(kāi)裂。

對(duì)于拉延工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)致材料流入不足引起的開(kāi)、暗裂，首要的對(duì)策當(dāng)然是促進(jìn)、加大材料流入補(bǔ)充。要分析開(kāi)裂尖點(diǎn)的材料流入路線及其影響位置，對(duì)材料流入路線上影響因素(如棱線R 角、拉延筋松緊度)進(jìn)行研究，確認(rèn)主要影響因素，并按是否是造型需要、修改風(fēng)險(xiǎn)大小和對(duì)策失誤是否便于恢復(fù)來(lái)制定對(duì)策，進(jìn)行調(diào)整，使更多材料流入。有些拉延材料不足問(wèn)題不是材料多流入就能解決的，如一些離壓邊面、拉延筋比較遠(yuǎn)的位置，調(diào)整和加大材料流入并不能改變其拉延變薄，需要考慮一些其他對(duì)策，如加大R 角、加大過(guò)拉延量、工藝設(shè)計(jì)預(yù)留儲(chǔ)料包等。這些對(duì)策能有效解決拉延的局部材料不足，也容易造成起皺、多料，需要根據(jù)產(chǎn)品圖和拉延工藝圖的斷面進(jìn)行線長(zhǎng)比較和CAE 計(jì)算，直至找出最優(yōu)方案。

側(cè)圍后窗下部尖點(diǎn)的造型，對(duì)應(yīng)于圖1 的點(diǎn)2。這個(gè)位置原來(lái)的工藝是將局部R 放大進(jìn)行拉延(即加大過(guò)拉延)，后序再整形成產(chǎn)品造型(圖3)。分析的結(jié)果是拉延開(kāi)裂，整形后開(kāi)裂加大。

經(jīng)過(guò)分析，原方案拉延工藝不利于材料流入，也不能構(gòu)成材料有效儲(chǔ)備，造成整形后斷面線長(zhǎng)被過(guò)度拉長(zhǎng)開(kāi)裂。根據(jù)盒子共一個(gè)點(diǎn)的三個(gè)面面積等于另外三個(gè)面的面積的原理，制定優(yōu)化對(duì)策，確定將圖3 的造型當(dāng)成盒子的三個(gè)面：右側(cè)面、下底面、遠(yuǎn)側(cè)面，工藝補(bǔ)充后造型做成包含盒子的上面、左側(cè)面和近側(cè)面三個(gè)面構(gòu)成的形狀，如圖4 所示。

圖3 側(cè)圍后窗初始的拉延工藝方案

圖4 工藝分析圖示

這樣就構(gòu)造出一個(gè)便于拉延成形，整形后不會(huì)造成材料變薄加劇的對(duì)策。對(duì)策前后造型變化如圖5所示。

圖5 新舊拉延工藝方案

新工藝進(jìn)行第一次CAE計(jì)算，結(jié)果有了很大改善，但還有少許超差。再次調(diào)整方案細(xì)節(jié)、增加斷面線長(zhǎng)后CAE，拉延和整形都控制在了品質(zhì)要求的變薄范圍以內(nèi)(圖6)，問(wèn)題解決。

圖6 最終效果

⑵拉延過(guò)程中尖點(diǎn)先觸料造成的開(kāi)、暗裂。

一般來(lái)說(shuō)拉延過(guò)程中先觸料的尖點(diǎn)都是模具凸模的最高點(diǎn)，這種尖點(diǎn)在拉延過(guò)程中最先接觸板料，由于材料在拉延時(shí)的流動(dòng)，不可避免地在尖點(diǎn)處發(fā)生滑移。尖點(diǎn)因?yàn)榛茖?duì)板料造成割傷，形成削磨效應(yīng)，產(chǎn)生變薄超差。如圖1 中的點(diǎn)3或點(diǎn)4-1，有一個(gè)是最高點(diǎn)，另一個(gè)是次高點(diǎn)。有時(shí)候次高點(diǎn)也會(huì)變薄超差。點(diǎn)4-2、點(diǎn)5-1、點(diǎn)5-2 也比較高，也可以劃為次高點(diǎn)范圍。

這種情況出現(xiàn)的變薄超差，對(duì)策通常是：1)加大過(guò)拉延。通過(guò)加大過(guò)拉延，將拉延工序的最高點(diǎn)和整形工序的最高點(diǎn)分成兩個(gè)不同的點(diǎn)；2)對(duì)過(guò)拉延構(gòu)造的拉延工序最高點(diǎn)進(jìn)行放大磨圓，或采用其他一些對(duì)策來(lái)解決拉延變薄超差。這樣，避免了整形的尖點(diǎn)，即產(chǎn)品的尖點(diǎn)受拉延變薄影響，整形后不會(huì)變薄超差。

上述過(guò)拉延的量和R 值也是要反復(fù)進(jìn)行CAE 分析來(lái)確定的，首先通過(guò)計(jì)算斷面的線長(zhǎng)預(yù)估過(guò)拉延量需要多少，然后用CAE 分析確認(rèn)設(shè)計(jì)的過(guò)拉延是否合適，再通過(guò)細(xì)節(jié)的調(diào)整不斷改善和優(yōu)化，直到目標(biāo)達(dá)成。

⑶拉延成形時(shí)材料儲(chǔ)備不足，材料整形時(shí)被拉開(kāi)造成開(kāi)、暗裂。

拉延開(kāi)、暗裂相對(duì)整形開(kāi)、暗裂來(lái)說(shuō)還算簡(jiǎn)單，整形工序已經(jīng)沒(méi)有辦法加大材料流入來(lái)解決開(kāi)、暗裂，技術(shù)上難度會(huì)更大。這類(lèi)問(wèn)題仍通過(guò)拉延進(jìn)行改善，通過(guò)改善材料流入減小尖點(diǎn)的拉延變薄量，達(dá)成整形后不開(kāi)裂，或是拉延工序預(yù)留一些材料，補(bǔ)充給整形的需要來(lái)消除整形開(kāi)裂。

圖7 是側(cè)圍后保險(xiǎn)杠安裝位置的3 個(gè)尖點(diǎn)，3 個(gè)尖點(diǎn)拉延、整形工序變薄都超差。拉延時(shí)材料流入(受橢圓形圈住的工藝補(bǔ)充包的影響)不能補(bǔ)充到尖點(diǎn)位置，造成尖點(diǎn)拉延材料供應(yīng)不足、變薄超差，因而要對(duì)此工藝補(bǔ)充包進(jìn)行優(yōu)化，降低其高度和坡度，促進(jìn)材料流入。降低高度和坡度后，CAE 分析發(fā)現(xiàn)拉延合格了，整形還不行，再次對(duì)工藝補(bǔ)充包的造型和位置進(jìn)行修改，使工藝補(bǔ)充包的材料能在整形的時(shí)候補(bǔ)充到整形位置。根據(jù)上述原理，將拉延工藝優(yōu)化，如圖8 所示。通過(guò)這一優(yōu)化，CAE 分析和模具改修施工后的實(shí)際拉延變薄、整形變薄都控制在了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，實(shí)際效果如圖9 所示。

圖7 側(cè)圍后保險(xiǎn)杠安裝位置的尖點(diǎn)及初始拉延工藝方案

圖8 優(yōu)化后的拉延工藝

圖9 實(shí)際效果圖

⑷前立柱的尖點(diǎn)整形開(kāi)、暗裂。

前立柱的尖點(diǎn)整形開(kāi)裂的原因跟上述各點(diǎn)的整形開(kāi)裂原因有點(diǎn)差異，如圖10 所示。

圖10 前立柱整形開(kāi)裂

前立柱整形工藝包含了兩次整形，首先是側(cè)向整形，然后再進(jìn)行正向整形，整出產(chǎn)品的造型。這個(gè)尖點(diǎn)拉延基本不會(huì)出問(wèn)題，因?yàn)殡x材料邊緣近，材料容易補(bǔ)充。此尖點(diǎn)的材料由于在拉延成形的時(shí)候已經(jīng)被沖壓了一次，材料已經(jīng)有所硬化，一次整形的時(shí)候側(cè)整使尖點(diǎn)材料進(jìn)一步硬化，當(dāng)進(jìn)行二次整形即正向整形的時(shí)候，已經(jīng)過(guò)分硬化的尖點(diǎn)很容易因?yàn)檎蔚男巫兌_(kāi)裂。根據(jù)以上分析，制定了拉延工藝對(duì)尖點(diǎn)增加做1mm 過(guò)拉延，使拉延和側(cè)整形的尖點(diǎn)與正向整形的尖點(diǎn)分為兩個(gè)相距1mm 的點(diǎn)，避免了二次整形的尖點(diǎn)(即產(chǎn)品尖點(diǎn))材料因拉延和一次整形影響硬化造成二次整形開(kāi)裂。通過(guò)CAE 分析，結(jié)果相當(dāng)理想(圖11)。模具施工后的效果也達(dá)成了預(yù)期目標(biāo)，如圖12 所示。

圖11 通過(guò)過(guò)拉延優(yōu)化后的CAE 結(jié)果

圖12 施工后效果

結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了側(cè)圍常見(jiàn)尖點(diǎn)開(kāi)、暗裂，以及不通過(guò)放大尖點(diǎn)解決尖點(diǎn)開(kāi)、暗裂的原理及對(duì)策方法。這些技術(shù)方法可以達(dá)成不改變尖點(diǎn)設(shè)計(jì)的銳利度，尖點(diǎn)也不會(huì)變薄超差的效果，提高了產(chǎn)品的精確性，使沖壓出來(lái)的產(chǎn)品更接近設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)。這些對(duì)策不是僅僅可以用于側(cè)圍的，側(cè)圍作為車(chē)身上最難最復(fù)雜的件，其解決問(wèn)題的思路都可以擴(kuò)展到其他所有覆蓋件。