汽车侧围外板表面缺陷分析及返修工艺的运用

汽车侧围外板表面缺陷分析及返修工艺的运用

杨宗亮,徐福健

一汽大众汽车有限成都分公司四川省成都市610100

摘要：目前，随着社会经济不断进步，汽车作为当代出行的主要交通工具，从2018年开始，汽车行业增速放缓，行业竞争愈发激烈。为了增强车型的外观美感，从而吸引消费者，以促进购买力，汽车外覆盖件的产品设计经常会对冲压成形的可行性提出挑战。侧围外板是汽车外覆盖件的重要零部件，因其尺寸较大且形状复杂，在成形的过程中容易出现开裂、起皱、叠料、凹坑等表面缺陷，因此，侧围外板一直是冲压成形领域的研究热点和难点。

关键词：汽车；侧围外板；表面缺陷；返修工艺；运用

引言

随着经济的稳定发展,汽车产业已逐渐成为新一轮科技革命的创新应用载体,全球重要的经济体均开始在汽车产业尤其是智能汽车上进行全域视角战略布局。外覆盖件是汽车白车身中的关键零件,而侧围外板是汽车外覆盖件中最大、最关键的零件,其结构复杂多变,表面质量要求极高,材料厚度小,搭接零件多,冲压成形过程中易产生回弹、褶皱等缺陷,工艺设计难度大。

1汽车侧围外板冲压工艺概述

1.1冲压工艺定义

在汽车的日常车身制造过程中，尤其对于大型的车身覆盖件来说，冲压成形工艺起到了关键作用。因为大型的车身覆盖件尺寸结构较大，且形状较为复杂，相关的质量要求也较高，所以冲压工艺具有极大的优势。当前轿车车身的覆盖件、客车各类骨架、载重货车货箱板、驾驶室以及车前钣金件等的制作都应用了冲压成形工艺。

1.2冲压工艺工序

冲裁：此工序主要包含剖切、冲孔、修边以及落料等，其主要任务是分离板料。弯曲：此工序的主要任务是沿着弯曲线把板料按照一定形状、角度等进行弯曲。拉深：此工序的主要任务是进一步改变空心件尺寸和形状，或者把平面板料制作成各类开口的空心件。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汽车侧围外板表面缺陷分析

2.1侧围外板A柱区域成形特点

VW车型的侧围外板造型，其A柱侧壁面的角度非常陡峭，只有11.2°，台阶深度最深达到了25mm，而侧壁角度在一定程度上决定了冲压整形台阶的深度，角度越小则整形量越大。

2.2原始冲压工艺设计及仿真

利用Autoform软件模拟一步拉延到位的情况。拉延到位前5mm处，侧壁材料的减薄率已经超过－0.28(通常情况下，侧壁减薄率超过－0.25则视为开裂);此外，拉延到位时，显示产品的最大失效达到了1.58(通常情况下，超过0.85则视为开裂)。仿真结果表明，侧围外板A柱区域由于整形量较大，若仅一步工序直接拉延成形，则产品存在开裂风险，因此，在冲压工艺设计时考虑分两步工序成形。工序1(OP20)，先进行工艺面展开;工序2(OP30)，整形至产品形状。在工序1展开到位后，侧壁的最大减薄率为－0.17，工序2整形到位后，侧壁的最大减薄率为－0.22。从模拟的数值上看，分两步成形可以完成零件且不发生开裂失效，但由于仿真误差，－0.22的减薄率也较接近临界值，并非一定没有开裂风险。

2.3表面缺陷分析

在模具充分研配的基础上，在试模压机上，OP30工序件在A柱侧壁整形时发生开裂，开裂处位于侧壁的上圆角，可见Autoform模拟结果显示的风险区域确实是在A柱侧壁处。此外，工艺数据显示在A柱侧壁整形开裂的截面处，截面的线长在OP20工序拉延成形后为49mm，在OP30工序整形后(二次拉延)，截面的线长变为56mm，二次拉延后线长的变化率高达13%，因此，综合分析可知开裂主要是由整形过程缺料所致。然后，在OP20工序件上抹油，再继续OP30整形工序，发现整形后的零件在A柱区域的立壁上产生褶皱。经分析，模具在下行运动过程中，压料板先压住立壁的中间部分，整形块继续往下运动，完成整形动作，从压料面与自由面的分界处开始拖动料片，最终形成褶皱，并且对比模具结构也可发现，褶皱的起源在模具的整形块和压料板的分界处，质保部门对该表面状态评价为B类缺陷，是批量生产(油漆后)所不能接受的状态，必须进行优化。

3汽车侧围外板冲压工艺优化措施

汽车的侧围外板工艺之所以复杂程度较高，主要是将其和其他冲压件进行对比的，要想减少冲压工序，那么便需要重点研究冲压技术和工艺收单，特别是要合理复合模具结构，确保冲压程序得以合理的复合，从而降低工序的成本。冲压成形工艺作为汽车侧围外板制造过程中最常见的一大工艺，假如在开发侧围外板过程中关于外形设计、零件工程化阶段和样车阶段冲压工艺等考虑不充分，在后期制造模具时，便会增加零件制造工艺的复杂性，甚至还能够出现无法制造模具的问题，当遇到这样的情形时，采用对零件进行大幅度改变或者重新设计的解决措施，势必会对整个汽车制造进度产生影响，导致开发成本支出增加，因此必须高度重视侧围外板冲压工艺的优化。在具体对汽车侧围外板进行冲压操作时，除了需要复合常用的复合工艺，同时也需要复合传统分开的工艺，通过这种方式实现汽车侧围外板冲压工艺的优化，减少工序。

3.1修边与整形复合

在汽车侧围外板后门这一区域中，整形区占据重要地位，其原因是该部位与修边线相邻，以传统的模具为例，如果工艺选用的是修边与整边二者彼此分开的方式，便会产生不良影响。通过结合实践分析，该部位整形量比较少，通常以变形与局部胀形最为常见，通常不会对修边线产生影响，因此在设计模具结构时，可以将修边与整形复合，详细而言就是一次性同时完成修边、冲孔、斜修边三道工序后再进行整形。

3.2直翻边整形与斜楔翻边复合

当对汽车侧围外板尾灯处开展翻边处理时，便会产生2个角度，并且从整体上看该处的空间非常狭窄，要想开展复杂的工艺难度较高，因此通常会把2个角度的翻边分别安排在不同的工序中进行。如果要想实现冲压工序的环节，那么便需要借助小型非标准小型非标准斜楔翻边与直翻边复合结构模型，使二者之间形成结构复合的形式，以便直翻边与斜翻边工序得以有序进行，最终一次性完成整个工序。

3.3翻边与斜楔冲孔复合

汽车的侧围外板上的轮罩安装孔直径存在一定公差，对精度提出了较高的要求，再加上孔的方向和修边工序冲压方向二者之间的夹角较大，这种情形便无法应用先冲孔再翻边的冲压工艺。所以，要想实现传统冲压成形，便只能通过拉深——斜楔修边——直修边——翻边——冲孔五道工序。但是在优化汽车侧围外板冲压工艺后便可以适当的缩减工序数量，其中最常见的手段便是直接采用直翻边和斜楔冲孔复合的结构，将侧冲孔和直翻边进行复合，最好在适当的缩减该区域中的冲压工序数量，将其控制在四道工序内，同时还需要保证侧孔的精度，从而提升侧围外板上整个冲压工序的质量。

结语

为了确保汽车侧围外板的整体质量，有关人员应当致力于为相应车型制定合理的冲压工艺计划。因此，有关人员需要在实际工作过程中不断积累、分析、总结并融合相关经验，以便在遇到问题时能够采取最合适的冲压工艺优化对策，进而为研制新产品、确保制件整体质量打下扎实的基础。从工艺设计和模具结构出发，克服了试模压机和生产线压机不同冲次和润滑条件下零件生产的不稳定性，解决了冲压产品最为困难的表面问题，满足了质量标准体系对零件的质量要求，亦达到了冲压生产的稳定性要求。优化过程中使用的 “藏料凸包”和压料方法，对汽车行业侧围外板产品的零件设计、侧围冲压模具的工艺和结构设计、侧围冲压模具调试等具有参考意义。

参考文献

[1]张浩.汽车侧围外板冲压工艺分析与优化[J].机电信息，2019，（20）：70-71.

[2]赵道智，蔡青峰，邓丁，等.汽车侧围外板冲压工艺分析与优化[J].科技风，2019，（31）：130，134.

[3]马金胜，纪广安，董佳．侧围凹坑缺陷的处理方案［J］．模具制造，2017，17(11):18－21．

[4]王庆阳，高梦迪，李磊，等．冲压成形节能优化方法［J］．锻压技术，2019，44(6):134－144．