文／于月海，齊康寧，樊燕朋，趙圣凱·長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心

翼子板拉伸件疊料缺陷解決辦法（上）

文／于月海，齊康寧，樊燕朋，趙圣凱·長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心

于月海，沖壓車間模具保全組長(zhǎng)，主要從事長(zhǎng)城汽車三款車型（長(zhǎng)城C50、哈弗H2、哈弗H6）有關(guān)模具的日常保養(yǎng)、異常維修、技術(shù)整改和技術(shù)協(xié)助，參與了長(zhǎng)城汽車股份有限公司關(guān)于《模具設(shè)計(jì)流程優(yōu)化》的改善項(xiàng)目，并參與了哈弗車型071新車型的預(yù)驗(yàn)收工作。

作為汽車外板件中不可或缺的一部分，翼子板的造型以其優(yōu)美的流線設(shè)計(jì)支撐起整個(gè)車型的完美外觀，但復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特性也給汽車覆蓋件的成形帶來(lái)了更多的問題。棱角多變、大弧度成形、大拉伸深度等諸多因素成為拉延工藝中首先要克服的技術(shù)難關(guān)，而這些也往往是拉延件中疊料缺陷集中爆發(fā)的區(qū)域。

人們選擇汽車時(shí)，除了對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器這些硬件做出要求之外，往往也會(huì)關(guān)注汽車的外觀與造型。良好的視覺效果不僅能夠滿足人們感官審美，同時(shí)優(yōu)美、合理的線條外觀亦符合汽車設(shè)計(jì)空氣動(dòng)力學(xué)中的空氣阻力條件。翼子板因?yàn)槠淅焐疃群投嘧兝饨窃O(shè)計(jì)，成為沖壓拉伸件中疊料嚴(yán)重的制件，本文從翼子板不同位置的成形特點(diǎn)和成形難度著手分析，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)和維修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)汽車翼子板各個(gè)位置疊料缺陷的解決辦法。

翼子板各部位拉延成形時(shí)風(fēng)險(xiǎn)分析

圖1 翼子板拉延模

圖1為翼子板拉延模示意圖，通過(guò)CAE和AutoForm等模擬軟件分析及實(shí)際生產(chǎn)中的工作經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)翼子板制件的造型特點(diǎn)，將其分為A～E五大難成形區(qū)域，成形的難易也往往由板件的拉伸深度所影響，依據(jù)板件平放時(shí)的垂直高度依次將制件標(biāo)注為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ六個(gè)不同的高度（即可表示拉延成形時(shí)的拉延深度需求）。汽車翼子板所用板料為HC180BD+ZFD（正品純鋅熱鍍鋅板卷），厚度為0.7mm。沖壓成形的難點(diǎn)就在于利用盡量少的材料，利用壓力作用將板件均勻拉薄形成設(shè)計(jì)所需的空間結(jié)構(gòu)板件，翼子板的成形難點(diǎn)也不外乎于此。

工藝復(fù)雜難成形區(qū)域分析

翼子板的疊料原因?qū)⒋笾路譃椋禾厥舛嘧兛臻g結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、大拉伸深度成形、急劇轉(zhuǎn)變的成形走料、單邊成形條件下的大弧度匯集走料，單因素并不是問題的關(guān)鍵，而恰恰是這些因素中的兩個(gè)或多個(gè)的并集同時(shí)集中出現(xiàn)在同一區(qū)域，成為現(xiàn)有工藝下難以突破的瓶頸。

例如圖1中A、B兩區(qū)為翼子板板件版型線條多變區(qū)域，在此相對(duì)較小范圍內(nèi)有多個(gè)曲面變化，在拉伸成形工藝中，走料的同時(shí)滿足形狀的要求和拉伸角度，圖2、圖3所示區(qū)域分別為翼子板中較為典型的兩項(xiàng)難成形區(qū)域，前燈角搭接處和側(cè)圍上邊梁搭接處。

圖2為與機(jī)蓋前角和前燈角的搭接結(jié)合部位，圖3為翼子板于側(cè)圍上邊梁和機(jī)蓋后尾部搭接結(jié)合部，由于是多點(diǎn)搭接部位要滿足不同角度的搭接間隙和空間面差匹配問題，所以在形狀的復(fù)雜程度和拉伸深度上有很大的角度突變，往往出現(xiàn)尖角結(jié)構(gòu)的同時(shí)還會(huì)伴有空間角度分散或匯集的走料趨勢(shì)。圖4為板料廢料區(qū)向斜上和斜下分散角度的走料，圖5為板料廢料區(qū)匯集走料。

圖2 前燈角搭接處

圖3 側(cè)圍上邊梁搭接處

圖4 前燈角搭接處成形示意圖

汽車的個(gè)性外觀決定了翼子板的形狀多變，整車的制造流程和工藝決定了翼子板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而翼子板的成形難點(diǎn)就在于板料流動(dòng)控制，如若控制不好板料的流動(dòng)速度和流動(dòng)材料量就將可能出現(xiàn)材料堆積，從而導(dǎo)致疊料現(xiàn)象。

了解了拉伸件疊料缺陷產(chǎn)生的原因，在不改變翼子板設(shè)計(jì)要求的情況下，可以從以下兩方面進(jìn)行預(yù)防此類問題的出現(xiàn)：一是將板料的流動(dòng)量嚴(yán)格控制在板料材料用量的公差范圍內(nèi)，即達(dá)到全板件的均勻流動(dòng)使其在板料減薄率趨于尺寸中值的控制方法；另一方面就是將這些造成疊料的區(qū)域控制在廢料區(qū)，這樣就能在剪除余料后不影響制件的整體品質(zhì)。接下來(lái)就按照這兩個(gè)方向介紹幾類常見的解決方案。

多因素影響疊料缺陷的控制方案

⑴工藝臺(tái)階或工藝鼓包控制法。當(dāng)同時(shí)面對(duì)復(fù)雜的成形形狀、多變板料走料量及大拉伸深度區(qū)域時(shí)兩個(gè)或多個(gè)因素同時(shí)成為成形阻礙時(shí)，在非成品區(qū)域內(nèi)適當(dāng)?shù)募尤氩挥绊懽罱K制件形狀要求的工藝臺(tái)階或工藝鼓包往往是解決這類難題的有效方法?，F(xiàn)在的翼子板制件工藝設(shè)計(jì)中就大量的應(yīng)用此類工藝臺(tái)階和工藝鼓包，可有效地消除制件疊料的缺陷。

圖6為A區(qū)域工藝臺(tái)階補(bǔ)充圖，此區(qū)域因走料時(shí)既有大的流線變形走向，又伴隨有較大的拉伸深度落差，因此往往成為走料時(shí)疊料缺陷集中區(qū)域，此處加入工藝臺(tái)階即可極大的降低工藝成形時(shí)因板料走料不均造成的疊料缺陷；圖7為C區(qū)域工藝鼓包補(bǔ)充，因其要滿足急速轉(zhuǎn)變的拉伸深度落差和隨后的過(guò)渡性大弧面要求，同時(shí)還因?yàn)榫嚯x拉延筋控制較遠(yuǎn)而不能達(dá)到嚴(yán)格控制走料的原因而極易形成板料堆積的疊料缺陷，工藝鼓包能夠極好的將處于急速走動(dòng)的板料吸附在工藝包內(nèi)，將板料拉伸為所需成形，避免了板料堆積的疊料現(xiàn)象。

圖1中E區(qū)域呈現(xiàn)大弧度的成形趨勢(shì)，即在拉伸成形時(shí)板料在極長(zhǎng)的輪弧線上既有向成品區(qū)內(nèi)的整體流動(dòng)趨勢(shì)，同時(shí)還伴有在弧度法線方向的流動(dòng)趨勢(shì)，如果走料速度不能很好的控制住這兩個(gè)方向的走料，此處就會(huì)成為面品問題的集中爆發(fā)區(qū)，因而影響拉延成形的主要因素為工藝補(bǔ)充。

圖6 A區(qū)域工藝臺(tái)階補(bǔ)充

圖7 C區(qū)域工藝鼓包補(bǔ)充

壓料面設(shè)計(jì)是否平緩，符合材料流動(dòng)。板料的整體走料方向?yàn)橼呄虺善穮^(qū)方向，因弧度要求所需，圖8所示b1與b2、c1與c2點(diǎn)區(qū)域，同時(shí)需要有相反方向上的走料需求，同樣除了a處以外的所有點(diǎn)，都存在與整體的走料方向偏差的夾角α，這樣就存在因控制方向不穩(wěn)導(dǎo)致的走料方向偏差所造成的高棱缺陷風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)走料方向交叉增疊后，也會(huì)出現(xiàn)疊料的嚴(yán)重現(xiàn)象。此部位制件成形采用水滴形式的工藝補(bǔ)充方法，圖9為翼于板輪弧區(qū)水滴工藝包實(shí)物圖，減緩板料向模具型腔內(nèi)的流動(dòng)速度，同時(shí)在上下模接近貼合時(shí)，吸收制件大弧度區(qū)域未完全拉伸的板料，可有效消除翼子板輪弧部位未完全拉伸的疊料現(xiàn)象。

圖8 翼子板大弧度成形區(qū)域走料示意圖

圖9 翼子板輪弧區(qū)水滴工藝包實(shí)物圖

圖10 防疊鼓包近景圖

⑵最大拉伸深度、大轉(zhuǎn)換角度區(qū)疊料控制。如圖1中A區(qū)域所示，此處為整個(gè)拉延曲面最大拉伸深度點(diǎn)，造成其疊料的風(fēng)險(xiǎn)包含了本文所提到的幾類影響因素：復(fù)雜成形工藝形狀要求、極小過(guò)渡線下的小曲率弧面成形、多變的拉伸深度層次等，此處被公認(rèn)為是本車型翼子板內(nèi)疊料的最大風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

圖10為在非成品區(qū)的余肉部位加入三連圓形工藝鼓包，此鼓包通常因?yàn)樵趶U料區(qū)內(nèi)能夠在拉伸高坡度的側(cè)壁內(nèi)隨側(cè)面坡度的方向上加入相對(duì)較大面積的伸料平面，從而將來(lái)自各個(gè)方向上因走料所聚集來(lái)的板料伸直留在余肉區(qū)（即廢料區(qū)），防止了所疊的板料向成品區(qū)內(nèi)延伸而影響到制件面品，此鼓包也因此被稱之為防疊包，可有效消除此部位由于板料流動(dòng)聚積造成的疊料問題。

《翼子板拉伸件疊料缺陷解決辦法》（下）見2017年《鍛造與沖壓》雜志第4期