TMC侧围外板成形工艺方案研究

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汽车侧围外板冲压工艺分析与优化

汽车侧围外板冲压工艺分析与优化作者：赵道智蔡青峰邓丁胡哲兵来源：《科技风》2019年第31期摘;要：对于汽车来说，汽车的车身外覆盖件的质量会对汽车的外观质量造成一定的影响，因此对于汽车的研发来说，其中比较重要的就是对车身外覆盖件的开发。

在对汽车侧围外板冲模进行开发的过程中可以明显的看出，制件材料比较薄、外形尺寸比较大且形面的形状不规则，很难成形等问题，都会让冲压过程出现很多的问题，其中的叠料、裂纹、皱褶等现象都是比较常见的问题。

本文主要是对侧围外板的冲压工艺技术进行一定的分析，对其中存在的问题进行一定的优化，对制件的质量进行了有效的提高，使得汽车整体的质量也得到了很大的提升，不仅能够更好的促进项目的顺利开展，同时也能让汽车行业在市场中的竞争力得到进一步的增强。

关键词：汽车侧围外板;冲压工艺;优化对于汽车生产行业来说，衡量冲压工艺水平的主要因素就是生产的效率和生产的成本。

一般来说，冲压工艺主要包括冲压件的成形性能分析和冲压成形方案的确定，好的冲压工艺会对加工时间进行缩短，同时还会对模具的结构进行简化，对模具的使用寿命进行延长。

在我国汽车行业不断发展的今天，汽车厂家的竞争在日益激烈，厂家必须要对工艺进行不断的优化，降低成本保证质量，只有这样才能提高企业竞争的能力。

一般情况下，汽车的车身外覆盖质量会影响到汽车的外观质量，在汽车的整体开发中是一项最为关键性的环节，这个的环节的开发程度会对汽车的整体品质带来决定性的影响。

一、制件冲压工艺分析对于轿车的车身来说，侧围外板是其中外形最大且作为复杂的覆盖件，整体来说，不仅呈现出结构复杂的特点，对于装配精度的要求也是非常高的。

对于大型的汽车覆盖件来说，除了落料之外的其他制件都是由生产线进行生产的，并且还已经实现了一定的机器化操作。

落料和拉延分贝是为汽车的侧围外板两道冲压工序，其中的落料模式不需要上自动冲压线的。

汽车侧围外板零件产业生产出了有落料之外，其他的都在工位上的机器人冲压线上进行。

汽车侧围外板的工艺与分析优化

（1）确定冲压方向拉深模面的工艺补充部分的多少及修边冲孔的质量，是冲
压工艺设计的关键。其不但决定能否生产出合格冲压件，且影响到后续各工序的设计方案，在拉深工序中，冲压件常会由于冲压方向确定不当，而增加调整困难。
冲压方向确定所遵循的原则： ①无负角。保证拉深件凸模能够顺利进入拉深凹模，不应出现凸模
此侧围外板材质DC06，料厚0.8mm，零件大小长宽为 2600mm*1550mm；三维数模如图1所示：
图1 侧围外板
目录
CONTENT
01
零件冲压工艺分析
02
物理验证
03
结语
一、零件冲压工艺分析
1、产品ECR的提出
在得到产品数模初期，保证零件品质的前提下，为尽量减少工序，降低模具开发难度和成本，对产品进行SE同步分析，提出ECR 交由产品设计部门进行数模更改申请，规避后期调试风险，缩短模具的开发周期。图2所示产品后门下R角处有限元分析整形后变薄率高，最大变薄率27.5%，存在很大开裂风险，将此处的R角放大，保证拉伸充分且整形后变薄率降低到安全范围内。
图11 坯料落料形状
经过多轮细微调整拉延筋，最终有限元分析模拟，分析结果如图12所示，零件拉延充分，变薄率，主副应变、外观表面的冲击线及滑移线等都满足设计需要，达到产品开发要求。
图12 模拟分析结果
（4）产品工序分配如图13所示，通过前期对产品分析，对此侧围外板做了4
工序排布。通过对工艺内容和模具结构优化，实现了对4工序化的要求。
汽车侧围外板冲压工艺设计与优化
【摘要】
汽车左右侧围外板是车身重要的冲压件之一，成形过程极其复杂，拉伸过程中易产生起皱、开裂、凹坑等缺陷。文章就某双排货车驾驶室左右侧围外板成形工艺难点及特征，分析零件拉伸成型过程中产生开裂、起皱的原因，并借鉴以往类似的零件成型经验采取有效措施优化零件成形工艺，成功解决了零件存在的质量问题，加快了零件开发进度，可为类似零件成形工艺方案的制定提供参考。

侧围外板成型工艺流程

侧围外板成型工艺流程
侧围外板成型工艺流程：
①开卷落料：将卷材展开，通过激光切割或冲压设备裁剪所需形状板材；
②拉延成形：将板材放入拉延模具，通过压力机施加压力使其贴合模具型面，形成侧围主体；
③修边整形：对拉延后的侧围外板进行边缘修剪、翻边、折弯等工序，完善细节形状；
④冲孔及翻孔：进行车身装配所需的孔位冲制，以及翻边孔、加强筋孔等加工；
⑤滚边：对侧围外板的开口边缘进行滚压，增强边缘强度，便于后续装配车门；
⑥检查修整：对成型件进行尺寸、形状、表面质量等全面检查，必要时进行返修；
⑦涂装前处理：进行清洗、磷化、电泳等防腐处理，为后续喷漆做好准备。

汽车侧围外板冲压工艺分析与优化

汽车侧围外板冲压工艺分析与优化摘要：对于汽车生产行业来说，衡量冲压工艺水平的主要因素就是生产的效率和生产的成本。

本文对侧围外板的冲压工艺技术进行简要分析，并针对其中存在的问题与缺陷进行合理优化，旨在促进项目的顺利进行。

关键词：汽车侧围外板；冲压工艺；优化1、前言一般而言若汽车车身外覆盖件没有较好的质量，那么汽车必然没有较好的美观性，且在汽车制造与研发中最为关键的环节就是汽车车身外覆盖件的研发与制造，只有确保这一环节的质量，才能够确保车身具备良好的品质。

以下对某汽车侧围外板冲压工艺加以恰当改进，使汽车侧围外板具备了更高的质量，汽车外车身件更加符合相关标准，确保汽车制造与研发工作有序开展。

2、制件冲压工艺分析对于轿车的车身来说，侧围外板是其中外形最大且作为复杂的覆盖件，整体来说，不仅呈现出结构复杂的特点，对于装配精度的要求也是非常高的。

对于大型的汽车覆盖件来说，除了落料之外的其他制件都是由生产线进行生产的，并且还已经实现了一定的机器化操作。

落料和拉延分贝是为汽车的侧围外板两道冲压工序，其中的落料模式不需要上自动冲压线的。

汽车侧围外板零件产业生产出了有落料之外，其他的都在工位上的机器人冲压线上进行。

对于冲压工艺来说，需要对其中的零件成形工艺进行考虑，这样可以更好的对产品的外观质量进行保证，同时还能对生产操作和材料的利用率以及模具的使用效率进行综合的考虑。

对于传统的轿车侧围外板冲压工序来说，普遍都会超过5道，因此想要提高上恒产效率并且降低生产成本，就需要就需要对个工艺进行科学的复合，尽可能的减少工序，并且还要对制件的生产质量进行保证。

一般来说，轿车零件工艺性主要有以下几种。

2.1结构特点在轿车零件中，侧围外板是轿车外覆盖件中尺寸比较大的一种构建，同时它还具有较为复杂的空间自由曲面，因此在进行生产和制造的时候，很难使用传统的解析方式来对其进行表达，只能使用参数曲面来进行代替。

浅谈汽车侧围外板冲压工艺与优化

浅谈汽车侧围外板冲压工艺与优化作者：王文涛来源：《科学与财富》2017年第34期摘要：在对汽车侧围外板冲模进行开发的过程中发现，制件材料较薄，外形尺寸较大，形面几何形状不规则，成形困难，附加冲压工艺补充以及后续模具设计比较复杂，冲压过程中出现了叠料、裂纹、皱褶等现象。

通过分析制件冲压工艺，对冲压工艺进行了合理的优化，有效提高了制件的质量，从而使白车身的整体质量得到大幅提升，保证了整个项目的开发工作顺利进行。

关键词：白车身；汽车覆盖件；冲压工艺；叠料；裂纹1 引言通常，汽车外观质量受汽车车身外覆盖件质量的影响，而汽车车身外覆盖件的开发是整个汽车开发中非常关键的部分，对车身品质的好坏起着决定性的作用。

以下通过对某公司两厢微型车项目中汽车侧围外板冲压工艺的合理改进，有效地提高了汽车侧围外板的质量，从而使汽车白车身（未喷漆的车身壳体部分）整体质量得到大幅提升，保证了整个项目开发工作的顺利进行。

2 制件结构分析在汽车覆盖件中，侧围外板具有外形尺寸较大、材料较薄、形面起伏复杂、表面质量和尺寸精度要求较高等特点，在拉深成形过程中容易出现裂、起皱等现象。

图1中是某公司新近开发的汽车侧围外板，材料为 DC06，料厚 0.8 mm，外形尺寸为2 950 mm×1340 mm×410 mm。

从整体上看，该制件具有材料较薄、外形尺寸较大、形面不规则、成形困难、模具设计复杂等特点，开发难度较大。

3 原冲压工艺在产品开发初期的冲压工艺设计阶段，原定冲压工艺方案为：①拉深；②修边冲孔；③侧翻边；④侧翻边。

4 问题发现按原冲压工艺方案进行模具设计及制造，模具经研磨、调试，制件成形后有 3 处缺陷难以消除，以致影响制件的表面质量和尺寸精度。

（1）制件与车顶盖冲压件搭接后出现叠料现象，致使制件强度减弱，甚至开裂。

（2）制件与车后门配合处的圆角 R 大小不均匀，致使车门与车身之间缝隙不均匀，直接影响整车外观质量。

TMC侧围外板成形工艺方案研究

tmc侧围外板成形工艺方案研究xx年xx月xx日CATALOGUE目录•绪论•tmc侧围外板成形工艺概述•tmc侧围外板成形工艺方案设计•侧围外板成形工艺模具技术研究•侧围外板成形工艺生产质量控制•tmc侧围外板成形工艺方案实施效果分析01绪论1研究背景与意义23随着汽车工业的不断发展，对汽车零部件的制造质量和生产效率的要求也越来越高。

汽车工业的发展侧围外板作为汽车车身的重要组成部分，对于车身的外观和空气动力学性能具有重要影响。

侧围外板的作用成形工艺是汽车零部件制造过程中的关键技术之一，直接影响到产品的质量、生产效率和制造成本。

成形工艺的重要性国内外的学者和企业研究者针对侧围外板的成形工艺进行了大量的研究和实践，取得了一定的成果。

国内外研究现状随着科学技术的不断进步，侧围外板的成形工艺也在不断发展和改进，新工艺、新技术的应用将不断涌现。

发展趋势研究现状与发展趋势研究内容本文主要针对tmc侧围外板的成形工艺进行研究，包括材料选择、模具设计、工艺参数优化等方面。

研究方法本文采用理论分析和实验研究相结合的方法，对侧围外板的成形工艺进行深入探讨和分析，同时进行实验验证。

研究内容与方法02tmc侧围外板成形工艺概述液压成形利用液体介质在密闭容器内对板料施加压力，使其发生变形和填充模具型腔，得到所需形状和尺寸的方法。

优点是模具简单、生产效率高、成本低，缺点是容易产生裂纹和模具损伤。

成形工艺分类及特点冲压成形利用冲压模具将板料变形并填充模具型腔，得到所需形状和尺寸的方法。

优点是成形精度高、生产效率高、成本低，缺点是模具结构复杂、制造难度大。

滚弯成形利用滚弯机将板料变形并弯曲成所需形状和尺寸的方法。

优点是成形精度高、生产效率高、成本低，缺点是模具结构复杂、制造难度大。

tmc侧围外板成形工艺流程预处理对板料进行表面处理，提高成形质量。

下料将原材料裁剪成所需尺寸的板料。

成形将板料放入模具型腔内，通过液压、冲压或滚弯等方法使其发生变形并填充模具型腔。

汽车侧围外板冲压工艺分析与优化

图1 拉延变薄分析从图中可知，在位置 1 代表的前门框 A 柱和位置 2 代表的
图2 拉延模拟前门门槛尖角的ห้องสมุดไป่ตู้薄率为30.3%以及36.7%，存在极高的开裂隐患。在位置3代表的后门下端门槛与位置5代表的后门腰线立壁面的变薄率为24.7%以及21.1%，也存在一定程度的开裂隐患。在位置4代表的后保安装板立壁面的减薄率为23.5%，此处通常在经过工序OP30整形后形成最终的产品造型，而变薄率使其在整形时会存在极高的开裂隐患。
（4）局部成形：此工序主要包含整形、翻边、校平以及胀形等，其主要任务是将冲压件或者毛坯的形状通过相应局部变形加以改变。
2 某汽车侧围外板冲压工艺分析
2.1 制件结构概况某汽车侧围外板选择采用DC06FC型号材料，厚度是0.8 mm，
外形尺寸是3 210 mm×1 470 mm×335 mm。对于汽车的侧围外板而言，其尺寸的精准度以及表面的整体质量主要由后续设计的结构以及产品造型所决定。因此，在初期有关人员应当对其成形的相关工艺进行全面分析，以便确保有效降低模具的制作成本，确保制件的整体质量。在完成模拟分析后，有关人员应当进行侧围外板拉延变薄分析，能够发现该侧围外板具有较大开裂风险的位置共有5个，如图1所示。侧围外板拉延的模拟如图2所示。
工艺与技术◆Gongyi yu Jishu
汽车侧围外板冲压工艺分析与优化
张浩
（沈阳华晨金杯汽车销售有限公司，辽宁沈阳 110044）
摘要：介绍了冲压工艺的定义和工序，以某汽车的侧围外板冲压工艺为例，针对冲压过程中存在的问题，提出了优化建议，为相关技术人员提供参考。

TMC侧围外板成形工艺方案研究

TMC侧围外板成形工艺方案研究根据TMC（Thermo-Mechanical Control）侧围外板的特殊要求和材料特性，为了实现高质量和高效率的成形，需要制定一套合理的工艺方案。

首先，对于TMC侧围外板的成形工艺，我们需要考虑以下几个关键因素：1. 材料选择：TMC是一种具有良好冷成形性能和高强度的汽车用钢材，其化学成分和热处理工艺需要严格控制。

因此，在工艺方案的选择中，要根据实际要求选择合适的TMC材料。

2. 预处理工艺：在成形之前，需要对TMC侧围外板进行准备工作。

首先，需要对板材进行加热处理，以改善其变形能力和可塑性。

其次，通过预切割和铣削等工艺，将板材切割成适当的尺寸和形状，以备后续成形操作。

3. 热成形工艺：热成形是TMC侧围外板成形的关键步骤。

在成形过程中，通过控制板材的温度和应力状态，来实现所需的形状和尺寸。

在具体的成形工艺中，可以采用如下几种方式：a. 热压成形：将预热后的板材放置在成形模具中，然后通过施加压力和控制温度，使板材变形成所需的形状。

这种方法适用于较简单的形状和小型件。

b. 热拉延成形：通过拉伸和应力作用，使板材在适当的温度下变形成所需的形状。

这种方法适用于较复杂的形状和大型件。

c. 热冲压成形：将预热后的板材放置在冲床中，然后通过冲压工具施加力量，使板材变形成所需的形状。

这种方法适用于需求较高精度的形状和大批量生产。

4. 后处理工艺：在完成热成形后，还需要对TMC侧围外板进行后处理，以提高其性能和表面质量。

后处理工艺可以包括冷却、退火和弯曲等，以达到最终要求。

总结起来，TMC侧围外板的成形工艺方案需要根据实际要求选择合适的材料，进行预处理、热成形和后处理工艺。

通过合理的工艺选择和精确的控制，可以实现高质量和高效率的TMC侧围外板成形。

TMC（Thermo-Mechanical Control）侧围外板作为汽车结构零部件之一，它在汽车制造中起到了重要的作用。

它的成形工艺方案的研究旨在通过合理的工艺选择和控制，实现高质量和高效率的成形过程，以满足汽车行业对于安全性、轻量化和节能环保的要求。

TMC侧围外板成形工艺方案研究

TMC侧围外板成形工艺方案研究Research about process design of TMC body sides张香东/Zhang Xiangdong模具中心冲压模具北京工厂摘要：本文主要分析了TMC对5A和6B侧围外板工艺成形方案的设计方法及工序内容的布置，研究和阐述了每序工艺设计的特点，包括工序内容的布置特点和工艺模面造型特点以及各序重难点的工艺处理方法与技巧。

通过对这两个侧围外板TMC工艺成形方案设计的分析和研究总结侧围外板四序成形的工艺方案设计方法及思路以及在工艺成形方案设计中的注意事项，在此基础上也分析总结了侧围外板在四序成形的条件下对产品成形工艺性提出的要求。

【关键词】侧围、拉延、冲压方向、压料面、拉延筋、切边、冲孔、翻边、整形、斜楔、回弹。

Abstract：The text analyse 5A and 6B body side process design of TMC, summarize the basic method of body side preocess design and the attenttions of each operation, especially for total 4 operation process design of body sides.【Key words】Body side、Drawing、Press direction、Pressure face、Drawbead、Cutting、Pierce、Flange、Restrike、CAM、Springback。

引言：侧围外板是汽车上最重要的外板件之一，质量要求非常高，模具制造成本也非常高，在国内目前采用的成形方案基本上都是5序成形，德国模具有时还会出现6序成形的方案。

成形工序越多模具数量就越多，就需要更多的成形设备和操作人员来进行生产，而且由于传递工序增加也增加了零件出现缺陷的机率，成本也会同步增加。

侧围外板的成型仿真分析及工艺优化

(a) 冲压方向
(b) 工艺补充
图1 冲压方向及工艺补充
2.2 材料的选用
第一作者：，，年生，助理，陈燕妮女1982工程师从事汽车车身设计工作。

图5 Y 向断面图
图2 拉延工序有限元模型
一般覆盖件的拉延模只在零件外边上压边，由于侧围外板的结构较复杂，压边圈分为内压边和外压边，这在软件中不容易自(a) FLD 图
(b) 成型图
图3 后处理图
图4 成型后圆角放大图
4 工艺优化方案
A
B
C
D
E
F
4.2 拉延筋布置
由于侧围外板结构的复杂性，控制好每一处的进料是拉延成败的关键。

在未找到最合适的工艺方案之前，由于需要不断优化工艺并计算，需要耗费的时间较多，故此处利用AUTOFORM
图7 拉延筋布置
拉延筋的宽度都设置成15 mm，拉延筋力的大小如表1所示。

仅在变化不均匀的bead1和bead2处使用了可变拉延筋过渡，避免
(b) 成型图图8 后处理结果
图6 圆角优化方案. All Rights Reserved.
(a) 一级夹紧(b) 二级夹紧
图11 摆臂结构
. All Rights Reserved.
A B
C D
E F
6 分析结果的应用
通过冲压CAE成型仿真分析的结果，建议模具厂在设计拉延模具型面时可将容易发生拉裂的圆角适当放大，放大的尺寸参考。

侧围外板成型裕度调试方法研究

侧围外板成型裕度调试方法研究▶◀……………………………………………………………………………赵锋顾世欣陈文强王力引言侧围外板多处开裂缩颈缺陷在车身覆盖件缺陷中属于不可接受缺陷，开裂和缩颈严重的零件直接就报废了，冲压废品成本无法控制。

侧围外板多处开裂缩颈取决于造型的复杂程度和制件的深度，随着国内汽车车门总成加厚设计不断增加，侧围外板门洞内造型深度尺寸越来越大，复杂的造型设计和较大的成形深度导致开裂缩颈缺陷更加严重，严重影响生产出件质量。

该侧围外板拉延成型裕度不足导致开裂缩颈问题。

保证润滑油膜合理稳定的前提下，需要通过拉延件外轮廓整体进料控制，拉延模具各个型面圆角的合理修改，均衡压料力及降低压料行程进行储料等手段，可以有效地解决成型裕度不足导致的开裂缩颈问题。

侧围外板成型裕度分析1.1侧围外板多处开裂缩颈状态某车型侧围外板多处开裂缩颈缺陷，缺陷形式及位置与CAE 模拟分析一致，如图1所示，属于不可接受缺陷。

目前废品率较高，生产成本高，因此必须对侧围外板多处开裂缩颈问题进行消除。

1.2侧围外板多处开裂缩颈缺陷分析1.2.1拉延成型失效分析：该侧围外板采用一次成型工艺，成型深度255mm 。

侧围外板的多个角部区域在失效分析的结果中存在减薄失效趋势，如图2所示。

从减薄状态看，是由于一次性复杂成型过程中剧烈地单向受拉导致的。

1.2.2拉延成型减薄分析模拟分析中成型过程存在严重减薄趋势，如图3所示。

1.2.3拉延件进料分析从拉延件可以看出，开裂缩颈缺图1侧围外板多处缩颈开裂缺陷（a ）侧围外板开裂缩颈位置（b ）侧围外板开裂缩颈状态陷集中在角部区域的圆角位置，拉延件成型后的外部法兰边进料线位置存在多进料现象，而门洞内部法兰边进料线位置都存在少进料现象，如图4所示，可以确定该件内外法兰边进料状态不均匀，内部成型复杂且成型较深的区域出现缩颈开裂是必然的。

1.2.4拉延模具型面分析主要分析来自模具本体的工艺性（如图5所示）及功能性问题带来的成型不稳定性。

侧围外板顶盖搭接处的冲压工_艺方案的探讨-贡见秀[1]

侧围外板顶盖搭接处的冲压工艺方案的探讨贡见秀(奇瑞汽车股份有限公司规划设计院冲压部安徽芜湖 241009)摘要：侧围外板是白车身零件制造中的核心，我们推荐的合理的工艺方案可以避免产品A面产生冲击线和棱线，减少焊接边翻边整形时起皱叠料现象，保证产品质量。

在此基础上材料达到最佳利用结果。

关键词：侧围外板，工艺,冲击线引言汽车白车身钣金件属于冲压制造、钣金成型、CAE（计算机辅助分析）领域。

随着汽车行业的不断进步，对汽车外覆盖件的外观质量、材料利用率等要求越来越高，这就要求设计人员不断地提高设计和制造工艺水平。

在汽车白车身钣金领域，侧围外板是白车身零件制造中的核心，它具有形状复杂、结构尺寸大、难成型，外表面质量要求高的特点。

为达到最好外表质量；最高钢材利用率的目标，对零件重要部位（见图4）的工艺设计进行研究和改进。

侧围外板与顶盖搭接处产品形状为弧形，且翻边为负角，由材料成型原理（见图4），侧整形时，由于材料的各项异性，容易引起产品A面的变形，并且侧翻后的焊接边容易起皱、叠料和回弹。

根据白车身功能要求，以上问题是工艺设计中急待解决的难题。

通过调查和对比，发现在现有工艺中，此部分通常采用的工艺设计方法，零件实际生产过程中经常出现变形、起皱等质量缺陷。

1 常见典型设计情况1.1 目前侧围外板顶盖搭接处此区域的设计通常有以下几种情形：1.1.1 设计截面线一：（图1）a) 截面线说明：黑线为产品，绿线为产品补充面，蓝线为产品翻边，红线为修边线。

b) 产品在工艺安排上采取正修—翻边——侧整形c) 此设计台阶较宽，产品表面拉延不充分，易产生波纹。

d) 修边距离翻边位置较远，表面应力大，翻边后，产品变形大，出现起皱叠料现象，很难保证翻边的质量1.1.2 设计截面线二：（图2）a) 截面线说明：黑线为产品，绿线为产品补充面，蓝线为产品翻边，红线为修边线。

b) 产品在工艺安排上采取正修——翻边-—侧整形c) 修边距离翻边位置较远，应力大，翻边后，产品变形大，出现起皱叠料现象 d) 因为拉延深度浅，产品表面易产生冲击线 1.1.3 设计截面线三：(图3)a) 截面线说明：黑线为产品，绿线为产品补充面，蓝线为产品翻边，红线为修边线。

汽车侧围外板尾翼拉延成型工艺改善研究

汽车侧围外板尾翼拉延成型工艺改善研究万鹏;赵雪松;王幼民;韩小后【摘要】为解决汽车侧围外板尾翼在拉延成型后出现起皱和开裂的问题,设计了3种造型方案.通过造型设计分析及Autoform模拟,对比3种方案,对原工艺进行整改和优化,得到了抬高造型台阶面的最优造型方案.该方案能改善进料速度、增加材料流动性,有效地消除开裂、起皱的缺陷,对同类和其他类似产品的冲压工艺设计具有参考意义.【期刊名称】《重庆文理学院学报（社会科学版）》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】5页(P89-93)【关键词】汽车侧围;拉延;起皱;开裂;Autoform模拟;冲压工艺【作者】万鹏;赵雪松;王幼民;韩小后【作者单位】安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖241000;安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖241000;瑞鹄汽车模具有限公司,安徽芜湖241009【正文语种】中文【中图分类】TG386冲压成型技术在汽车工业中占有重要地位，冲压工艺方案的设计与制定对汽车覆盖件成型来说非常关键.汽车覆盖件的冲压成型是一个大位移、大转动、大变形的塑性变形过程，涉及板料在拉深等复杂应力状态下的塑性流动、塑性强化及引起的起皱、拉裂和回弹等问题；同时，它的结构尺寸大，利用薄板材料成型，尺寸精度和成型质量要求高.这些对汽车覆盖件的冲压工艺设计和模具设计都提出了更高的要求，给实际生产带来更多的问题.通常，在调试过程中起皱和开裂是并存的，而且存在此消彼长的关系.为了找到一个同时避免起皱和开裂的状态，需要借助CAE分析进行精确指导调试[1，2].汽车侧围外板件是汽车覆盖件中外形最大的板件之一，具有十分复杂的成型特征，汽车侧围尾翼处的质量相比于其他位置更难以保证.为避免成型过程中在局部出现起皱开裂等缺陷，需要合理控制板料进料速度和成形力分布.在实际工艺设计中，还应当根据具体的产品特点来设计最佳的拉延成型工艺方案.1.1 制件结构图1为某两厢汽车侧围外板制件产品形状.此类制件具有尺寸大、形状复杂、A面轮廓曲率大、拉深深度相对较深等特点.在成型时要求制件拉深表面平整无皱纹，具有良好的刚度和足够的变薄率.这些指标与产品特征使得在拉延成型中多处存在成型性风险.在整个汽车侧围外板造型中，产品要求高与成型工艺最复杂的区域是尾翼处.由于在成型过程中，纵向与横向应变的转换与交互，通常会同时出现起皱和开裂并存的情况.实际模具调试中，不仅要求过程不能有起皱，最终的变薄率也要控制在合理的范围内.这是工艺设计时需要综合考虑的[3-5].1.2 原成型工艺与拉延缺陷对于汽车侧围外板在尾翼处的成型工艺，通常与其他搭接面位置设计方法相同，采用直壁打开拔模角度、增加二次台阶造型，打开拔模角有利于减轻开裂风险，二次台阶既可以提高工艺补充以及整个A面区域的变薄率，同时也有利于避免一次冲击线对A面的影响.因此，在初次设计阶段基本都会采用该工艺，且在CAE阶段不能暴露明显的成型缺陷.在实际拉延冲压生产调试过程中，尾翼处发生较为严重的起皱和开裂现象，实际板件状态件如图2所示.可以看出，在凹模R角处有明显的起皱压痕.这说明在拉延过程中板料发生了严重的起皱.二次台阶处也残留着板件起皱的波纹，而尾翼处的A面与R角处直接破裂断开，拉延板件的状态存在严重缺陷.2.1 制件缺陷原因现场调试过程发现，在到底10 mm时尾翼处的圆角位置，板件即开始产生缩颈，继而发生开裂.在开裂发生后，凹模圆角处的起皱明显加剧.结合工艺造型特点与现场实际拉延过程，可以知道在拉延开始时尾翼部位进料过快，且造型存在一个曲率较大的拐角.这就是导致板料向中间挤压造成叠料的直接原因.根据CAE断面分析，如图3所示，研究模具与板料接触时间和顺序关系，可以发现开裂处的圆角接触板料时间较早，直壁部分在接触后发生剪切拉深.这是造成开裂的主要原因[6，7].因此，拉深造型不合理是导致制件缺陷的直接原因.根据以上分析，若要解决开裂，同时改善起皱，需要延迟圆角接触时间，取消直壁部分补充工艺.针对汽车侧围外板尾翼处的拉深成型工艺，制定了3种造型优化措施[8，9].2.2 造型优化措施(1)方案一：取消造型台阶，优化后造型截面示意图如图4所示.取消了原工艺方案中的二次台阶造型和直壁补充工艺部分，拔模角度并未受到明显改变，相当于加大了尾翼部位A面与补充工艺面之间的圆角，有利于解决开裂问题.在侧壁与凹模R角之间设置“余肉”造型，解决起皱问题.但是，该方案在解决开裂起皱问题的同时会对一次冲击线有不利影响，侧壁面产生扭曲回弹以及反弧也是需要考虑的风险.(2)方案二：优化压料面形式，降低拉深深度，造型截面示意图如图5所示.该方案是从减少板料进料量、缩短成型过程来解决开裂与起皱之间的矛盾关系.将尾翼处的压料面按照一定曲率抬起一定的高度，一般不超过30 mm，同时分模线向内收缩，从而降低该部位的拉延深度.拉延深度的降低对解决开裂有明显作用，并且进料量的减少也能够改善补充工艺面的起皱问题.但是，由于拉延过程短，会一定程度上减小尾翼部位的A面变薄率.(3)方案三：抬高拉深造型面，增加拉深深度，造型截面示意图如图6所示.该方案与方案一有些类似，与方案二在形式上相反.将二次台阶造型抬高，降低压料面位置，增加了拉延深度，有利于改善起皱和提高尾翼A面变薄率；同时，二次台阶上部的直壁部分取消，侧壁拔模角度增加，尾翼部位A面与补充工艺面之间的圆角加大，可以改善该位置的开裂问题.方案三的CAD三维造型如图7所示.数据标识部分为优化后的工艺造型，台阶形式以及分模线走势都有变更.可以看出，台阶外形被最大程度地向外拓展，以此增加凹模圆角处的工艺补充面积.这对解决凹模圆角处的起皱非常有利.同时，拐角处的分模线也有所变化.这能改变板料流动方向，减轻板料在凹模R角内发生聚积和起皱，从而改善起皱.另外，由于台阶造型的抬高，一次冲击线被限制在一次台阶侧壁上，风险大大降低.针对上述3种不同的造型方案，基于冲压成型仿真软件Autoform进行拉延模拟分析与方案实施效果验证.分析的有限元模型如图8所示.上模为整体凹模，压边圈有外侧压边圈和两个内压边圈组成，主要考察尾翼位置的拉延成型性.图4、图5、图6所示3种工艺方案基于Autoform的有限元模型除了尾翼处的造型有区别，其余位置模型一致.所用工艺参数如表1所示.其中，拉延筋只展示了尾翼处的阻力系数.经过分析，尾翼处的成型极限状态分别如图9、图10、图11所示.从方案一和方案二的Autoform成型极限图可以看出，这两种方案对该位置的起皱改善效果并不显著，凹模圆角上面台阶处起皱明显，且尾翼A面位置仍有成型开裂的风险.根据成型极限图分析，方案一成型效果优于方案二.图11显示了方案三造型分析结果.起皱区域被限制在凹模圆角附近，起皱程度得到明显改善，开裂风险被完全消除，成型状态理想.再次确认3种方案的变薄状态(如图12)， A、B两点位于图2中所示原方案开裂位置，其变薄率值见表2.表2显示，方案一与方案二中A、B两点位置的变薄虽然并未超过30﹪的极限要求，但都大于25﹪，验证了成型极限图表现出来的开裂风险.方案三分析结果显示，相同位置的变薄率稍大于20﹪，变薄充分且远离风险值30﹪，变薄情况满足要求[10，11].由以上分析可以看出，方案一与方案二均未能达到CAE要求，拉延造型不成功；而方案三的CAE结果表明，开裂起皱风险被控制在安全范围内，能有效解决侧围外板尾翼位置的开裂起皱现象，是最优方案.根据确定的最优工艺方案对汽车侧围外板进行模具设计与加工，优化后的侧围外板拉延冲压制件尾翼部位实际状态如图13所示.对比图2，可以看出优化后的侧围尾翼未出现拉延叠料和起皱痕迹，尾翼处A面光顺没有变形，凹模圆角内无积料和明显起皱，拉延筋与凹模圆角之间区域板料平整，拉延件的料边在拉延筋外，整个制件冲压状态良好.按照方案三现场生产一批制件，统计数据如表3所示.方案三不仅在Autoform模拟中满足了CAE要求，在实际模具调试阶段也没有出现开裂的情况，A面品质没有异常，制件满足产品质量要求，改善效果显著.方案三确实可行.本文针对汽车侧围外板尾翼处在冲压拉延成型过程中易发生起皱和开裂缺陷的问题，设计出多种冲压工艺造型优化方案，再利用Autoform有限元模拟软件进行模拟，可以在CAE阶段预测制件的详细变形结果.(1)根据不同成型方案对侧围尾翼进行CAE模拟并指导模具设计与现场调试.通过对模拟结果的对比分析，最终采用抬高造型台阶面的最优工艺方案.(2)最优方案取消了原方案设计的直壁工艺补充部分，增加一次台阶高度，同时拓展台阶外形，增加了凹模圆角处的补充面，改变板料流动方向，减轻板料在凹模R 角内发生聚积和起皱.另外，台阶造型的抬高不仅增加了拔模角度，有利于减轻开裂情况，同时大大降低了一次冲击线的风险.(3)利用最优方案指导实际侧围外板模具设计与调试，大大降低了模具制造与调试周期，一次试模冲压板件状态稳定.【相关文献】[1]翁怀鹏，张光胜，张雷．基于DYNAFORM的轿车后背门冲压成形的仿真模拟[J].重庆文理学院学报,2015,34(5):87-91.[2]赵茂俞，薛克敏，李萍．多目标质量的覆盖件成形工艺参数优化[J]. 机械工程学报，2009，45(8)：276-282.[3]HUANG S J，CHIU N H，CHEN L W. Intergration of the grey relational analysiswith genetic algorithm for software effort estimation[J].European Joural of Operational Research，2008,188(3)：898-908. [4]STRACHAN R K, KNOWLES K, LAWSON N J. A CFD and experimental study of an ahmed reference model[R].Grand Rapids:SAE Paper,2004：0442.[5]FORRESTER A I J, KEANE A J. Recent advances in surrogatebased optimization[J]. Progr ess in Aerospace Sciences,2009,45(1-3):49-50.[6]JAKOBSSON L，LUNDELL B，NORIN H，et al. WHIPS-Volvo’s whiplash protection study[J]. Accident Analysis & Prevention，2009,32(2):307-319.[7]PEDEN M, SCURFILED R, SLEET D, et al. World report on road traffic injury prevention[M ].Geneva: World Health Organnization,2004:91.[8]陶海生. 高档轿车带天窗顶盖冲压工艺方案研究[J]. 汽车科技,2010(6):63-66.[9]董海,王宛山,崔金环. 汽车顶盖工艺分析及模具设计[J]. 机械设计与制造,2005(6):133-136.[10]李钦生,陈炜,黄振荣,等. 汽车顶盖拉深成型研究及工艺参数优化[J]. 锻压技术,2011,36(5):19-22.[11]AHMED S R，RAMM G, FALTIN G. Some salient features of time averaged ground vehicle wake [R].Gran d Rapids:SAE Paper,1984：840300.。