一種轎車(chē)側(cè)圍與翼子板在A柱區(qū)域的分縫優(yōu)化沖壓方案淺析

湯 敏

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

隨著汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，車(chē)型更新?lián)Q代周期越來(lái)越短。對(duì)于新平臺(tái)的開(kāi)發(fā)已成為汽車(chē)主機(jī)廠商參與競(jìng)爭(zhēng)的有力手段，從而產(chǎn)生越來(lái)越多的新車(chē)型，尤其是轎車(chē)，對(duì)工裝調(diào)試的質(zhì)量、周期要求也越來(lái)越苛刻。一般轎車(chē)白車(chē)身外覆蓋零件多為沖壓件，在實(shí)際中都要考慮其沖壓成形性、工序合理性以及外觀分縫的品質(zhì)要求，尤以側(cè)圍和翼子板兩個(gè)件為代表。這一問(wèn)題給從事車(chē)身設(shè)計(jì)的人員不斷帶來(lái)挑戰(zhàn)，也給外覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)人員帶來(lái)很多麻煩。

本文介紹一種兩廂轎車(chē)的側(cè)圍、翼子板在A柱部位的分縫斷面設(shè)計(jì)沖壓工藝問(wèn)題及其解決過(guò)程。當(dāng)前，較為流行的一種轎車(chē)側(cè)圍和翼子板在A柱區(qū)域的分縫形式主要是橫向式。這種分縫方法在當(dāng)前技術(shù)條件下，主要考慮外觀上發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、翼子板、側(cè)圍和前門(mén)的縫隙均勻、協(xié)調(diào)，避免多縫交錯(cuò)，以及閉合件裝配調(diào)試方便、避免運(yùn)動(dòng)干涉。由于以上設(shè)計(jì)過(guò)程缺乏分縫工藝性的考慮，往往會(huì)導(dǎo)致分塊部件工藝性差、成形困難、相互關(guān)聯(lián)的零件工藝性互相制約以及調(diào)試難以達(dá)到預(yù)期外觀效果等問(wèn)題發(fā)生。這些問(wèn)題制約了一個(gè)好產(chǎn)品按質(zhì)按量投放市場(chǎng)，輕則以犧牲成本來(lái)解決，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致項(xiàng)目延期上市或就此夭折。

對(duì)于一般轎車(chē)側(cè)圍和翼子板在A柱區(qū)域的橫向式分縫，在產(chǎn)品造型分縫設(shè)計(jì)討論階段，缺乏必要的工藝約束。隨著項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程的推動(dòng)，很多與之匹配的車(chē)身零件已經(jīng)開(kāi)模，從而導(dǎo)致項(xiàng)目后期運(yùn)作過(guò)程中把此問(wèn)題帶來(lái)的損失放大了數(shù)十倍甚至成百上千倍，這就是所謂的整體效率。為了追求整體效率，精益生產(chǎn)者創(chuàng)造性地提出了“一個(gè)流”的生產(chǎn)方式[1]。伴隨投資成本增大的往往還有生產(chǎn)成本被迫增加，以及項(xiàng)目周期延誤所帶來(lái)的資金投入效率損失等無(wú)形而又巨大的成本浪費(fèi)。

為了解決以上問(wèn)題，從源頭上降低側(cè)圍A柱分縫不合理所帶來(lái)的成本、周期等方面的風(fēng)險(xiǎn)，本文通過(guò)側(cè)圍和翼子板兩個(gè)典型零件在A柱區(qū)域經(jīng)常發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題反向推導(dǎo)，并結(jié)合側(cè)圍和翼子板在此區(qū)域的模具工序能力分析，開(kāi)發(fā)出一種合理的分縫約束結(jié)構(gòu)。將傳統(tǒng)工藝條件下側(cè)圍A柱區(qū)域造型分縫不合理導(dǎo)致的資源浪費(fèi)盡可能降到最低，同時(shí)避免由此引發(fā)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)瓶頸。

1 工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

本文所述轎車(chē)側(cè)圍和翼子板A柱分縫的工藝約束結(jié)構(gòu)包括側(cè)圍A柱三角蓋板安裝處尖點(diǎn)處理、側(cè)圍A柱前擋風(fēng)處尖點(diǎn)處理、翼子板A柱兩處對(duì)應(yīng)點(diǎn)的模具結(jié)構(gòu)處理以及側(cè)圍和翼子板在A柱區(qū)域分縫的整體外觀過(guò)渡處理。此結(jié)構(gòu)充分考慮了側(cè)圍A柱在三角蓋板安裝處的尖點(diǎn)開(kāi)裂問(wèn)題和外觀滑移線問(wèn)題的解決方法；同時(shí)考慮了側(cè)圍前擋風(fēng)處的尖點(diǎn)開(kāi)裂問(wèn)題和前擋風(fēng)側(cè)壁起皺問(wèn)題；與側(cè)圍配合的翼子板A柱翻邊棱線隨著側(cè)圍同時(shí)整改又涉及到翼子板的模具強(qiáng)度問(wèn)題和工序布置能力問(wèn)題需要考慮；最后，該結(jié)構(gòu)的調(diào)整還綜合考慮了外觀分縫的DTS效果和縫隙調(diào)試可行性。

本文所述結(jié)構(gòu)解決了側(cè)圍A柱調(diào)試中常見(jiàn)的成形性問(wèn)題和重要的面品問(wèn)題；在解決側(cè)圍常見(jiàn)問(wèn)題的過(guò)程中并非以犧牲翼子板的模具成本為代價(jià)，且充分考慮到翼子板隨之更改的可行性，并嚴(yán)格控制更改成本；并非簡(jiǎn)單地完成側(cè)圍更改和翼子板更改，也需要同時(shí)綜合考慮滿足整改后的外觀分縫效果要求；在產(chǎn)品項(xiàng)目造型分縫階段就可提出，避免因模具實(shí)物改造導(dǎo)致強(qiáng)度受損和壽命降低，提高了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)控制能力。

本文是轎車(chē)側(cè)圍和翼子板在A柱區(qū)域橫向式分縫時(shí)產(chǎn)生的一種典型工藝約束，是以側(cè)圍和翼子板兩個(gè)零件相互協(xié)調(diào)分縫修改為手段，綜合考慮側(cè)圍模具和翼子板模具工藝、結(jié)構(gòu)可行性，成功實(shí)現(xiàn)側(cè)圍A柱區(qū)域的各項(xiàng)質(zhì)量問(wèn)題規(guī)避，同時(shí)不影響側(cè)圍模具和翼子板模具的質(zhì)量、成本和周期保證。

2 工藝設(shè)計(jì)原理及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定

2.1 工藝設(shè)計(jì)原理

結(jié)合附圖 1、2、3、4、5、6、7、8、9，介紹本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中所運(yùn)用的原理。在轎車(chē)側(cè)圍模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在CAE階段，往往都會(huì)發(fā)現(xiàn)A柱和翼子板分縫搭接的區(qū)域存在幾大難題。具體體現(xiàn)在A柱三角蓋板安裝區(qū)尖點(diǎn)（圖3、圖4）容易產(chǎn)生開(kāi)裂，調(diào)試此處開(kāi)裂問(wèn)題容易產(chǎn)生外表面滑移線無(wú)法消除，主要原因是和翼子板翻邊搭接區(qū)必須保證平行，而翼子板翻邊面的角度受模具強(qiáng)度問(wèn)題約束；A柱和前擋風(fēng)玻璃搭接處尖點(diǎn)（圖5）容易產(chǎn)生開(kāi)裂，調(diào)試此處開(kāi)裂問(wèn)題容易導(dǎo)致前擋風(fēng)玻璃安裝面?zhèn)缺诤头ㄌm邊起皺加劇，主要也是因?yàn)楹鸵碜影宸叴罱訁^(qū)必須保證平行，而翼子板翻邊面的角度受模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度約束較大。

圖1 主視圖

圖2 軸測(cè)圖及局部放大圖

圖3 典型斷面A-A

2.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)

要解決側(cè)圍A柱區(qū)域產(chǎn)生的問(wèn)題，必須從翼子板搭接區(qū)翻邊角度改變?nèi)タ紤]。首先必須得保證的是側(cè)圍和翼子板在分縫的搭接面平行（圖4、5），這是外觀DTS的質(zhì)量要求。按照這個(gè)原則側(cè)圍結(jié)構(gòu)面要掰角度，翼子板翻邊也必須平行跟隨。其次要考慮的是翼子板A柱區(qū)域的模具工序排布和模具強(qiáng)度，根據(jù)模具設(shè)計(jì)理論，翼子板此處翻邊在經(jīng)過(guò)修邊后仍需要在兩個(gè)工序翻邊模具才能完成（圖6、7）。而這兩序翻邊模具工序排布時(shí)必須要把翼子板三角蓋板區(qū)的整形和沖孔分別完成，同時(shí)還有翼子板上部棱線的側(cè)翻邊要完成（圖7）。翼子板A柱區(qū)域的OP30側(cè)翻邊角度受到翼子板三角蓋板區(qū)域模具整形墩死塊的影響（參考圖8），一般最多只能在與車(chē)身Y向成50°（±5°）以上，具體根據(jù)不同車(chē)型的A級(jí)曲面造型有關(guān)。翼子板A柱區(qū)域的OP40側(cè)翻邊角度同時(shí)受到上部棱線的側(cè)翻邊角度和三角蓋板區(qū)沖孔模具的約束（圖6、7、9），一般最多只能在與車(chē)身Y向成35°（±5°）以上，具體根據(jù)不同車(chē)型的A級(jí)曲面造型有關(guān)。而翼子板OP30側(cè)翻邊和OP40側(cè)翻邊兩序的交刀位置一般考慮三角蓋板區(qū)沖孔機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度和排廢料順暢，交刀區(qū)域的寬度至少10mm，為保證外觀縫隙過(guò)渡平順。按照以上方案，對(duì)于改善側(cè)圍和翼子板在前擋風(fēng)玻璃處的尖點(diǎn)問(wèn)題較為有效，但是對(duì)于整改側(cè)圍三角窗區(qū)域的尖點(diǎn)問(wèn)題略微受限?；诖耍瑐?cè)圍自身必須做完善以滿足質(zhì)量要求，具體方案是在尖點(diǎn)下方增加二級(jí)小臺(tái)階（如圖3中的“4號(hào)”結(jié)構(gòu)和圖4中的“5”號(hào)結(jié)構(gòu)），將尖點(diǎn)趨勢(shì)放緩。以上就是關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定的具體內(nèi)容。且以上分析效果在實(shí)物調(diào)試過(guò)程中均得到很好的體現(xiàn)，基本符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

圖5 典型斷面C-C

3 調(diào)試結(jié)果分析

圖6 翼子板沖壓工藝布局圖

圖7 翼子板沖壓工藝局部放大圖

圖8 翼子板OP30模具結(jié)構(gòu)局部放大圖

3.1 預(yù)期結(jié)果分析

本文是轎車(chē)側(cè)圍和翼子板在A柱區(qū)域橫向式分縫時(shí)產(chǎn)生的一種典型工藝約束，是以側(cè)圍和翼子板兩個(gè)零件相互協(xié)調(diào)分縫修改為手段，綜合考慮側(cè)圍模具和翼子板模具工藝、結(jié)構(gòu)可行性，成功實(shí)現(xiàn)側(cè)圍A柱區(qū)域的各項(xiàng)質(zhì)量問(wèn)題規(guī)避，同時(shí)不影響側(cè)圍模具和翼子板模具的質(zhì)量、成本和周期保證。

參見(jiàn)附圖 1、2、3、4、5，本文涉及的側(cè)圍、翼子板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與普通側(cè)圍、翼子板相比，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①考慮到側(cè)圍沖壓件在A柱區(qū)域外表面滑移線的規(guī)避，保證了此處面品質(zhì)量；②使側(cè)圍沖壓件在A柱區(qū)域幾處容易產(chǎn)生開(kāi)裂的尖點(diǎn)問(wèn)題得到有效保護(hù)；③考慮側(cè)圍沖壓件在A柱區(qū)域幾處容易產(chǎn)生起皺的部位得到最大程度的緩解；④在解決側(cè)圍以上問(wèn)題的同時(shí)，充分考慮到翼子板沖壓件的品質(zhì)保證及其模具強(qiáng)度和使用壽命的保證；⑤在側(cè)圍和翼子板縫隙外觀DTS達(dá)標(biāo)上做了充分考慮，提高了DTS調(diào)試達(dá)標(biāo)率。

再結(jié)合附圖6、7、8、9，介紹本文在設(shè)計(jì)過(guò)程中所運(yùn)用的原理。在轎車(chē)側(cè)圍模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在CAE分析階段，往往都會(huì)發(fā)現(xiàn)A柱和翼子板分縫搭接的區(qū)域存在幾大難題。具體體現(xiàn)在A柱三角蓋板安裝區(qū)尖點(diǎn)（如圖3、4）容易產(chǎn)生開(kāi)裂，調(diào)試此處開(kāi)裂問(wèn)題容易產(chǎn)生外表面滑移線無(wú)法消除，主要原因是和翼子板翻邊搭接區(qū)必須保證平行，而翼子板翻邊面的角度受模具強(qiáng)度約束較大；A柱和前擋風(fēng)玻璃搭接處尖點(diǎn)（如圖5）容易產(chǎn)生開(kāi)裂，調(diào)試此處開(kāi)裂問(wèn)題容易導(dǎo)致前擋風(fēng)玻璃安裝面?zhèn)缺诤头ㄌm邊起皺加劇，主要也是因?yàn)楹鸵碜影宸叴罱訁^(qū)必須保證平行。

圖9 翼子板OP40模具結(jié)構(gòu)局部放大圖

3.2 調(diào)試實(shí)物達(dá)標(biāo)結(jié)果

本文設(shè)計(jì)原理成功應(yīng)用，可以使轎車(chē)側(cè)圍A柱常見(jiàn)的開(kāi)裂、起皺及滑移線問(wèn)題得到有效控制；可以使側(cè)圍和翼子板在A柱區(qū)域的外觀分縫效果得到先期質(zhì)量保證，使外觀縫隙的調(diào)試周期成本減少50%以上；對(duì)于側(cè)圍和翼子板兩個(gè)沖壓件在保證品質(zhì)不降低的同時(shí)，也可以順利實(shí)現(xiàn)A柱區(qū)域造型的模具四序化工程，為整車(chē)成本控制保駕護(hù)航。

重點(diǎn)針對(duì)A柱區(qū)域，為產(chǎn)品造型階段和典型斷面階段提供了重要的工程約束條件，大大降低了實(shí)物調(diào)試階段變更導(dǎo)致的一系列關(guān)聯(lián)件的重大變更，對(duì)于整車(chē)項(xiàng)目周期成本和投資風(fēng)險(xiǎn)管控具有重大意義。

4 結(jié)論

立足沖壓理論，通過(guò)各種技術(shù)方案的綜合運(yùn)用，成功實(shí)現(xiàn)了轎車(chē)側(cè)圍沖壓件在A柱區(qū)域常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題的解決和側(cè)圍與翼子板A柱外觀縫隙的質(zhì)量要求，并非通過(guò)產(chǎn)品實(shí)物調(diào)試階段的各種變更和增加模具投入來(lái)解決，而是通過(guò)設(shè)計(jì)階段詳細(xì)縝密的分析，充分利用側(cè)圍和翼子板現(xiàn)有的四序沖壓模具空間巧妙布置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在解決側(cè)圍和翼子板在A柱區(qū)域常見(jiàn)問(wèn)題時(shí)，所采用的創(chuàng)新方法。是一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的綜合，是一個(gè)“認(rèn)識(shí)原型－再現(xiàn)原型－超越原型”的過(guò)程[3]。把翼子板和側(cè)圍在A柱區(qū)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模面工藝設(shè)計(jì)以及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾方面的約束條件綜合到一起考慮。先將側(cè)圍質(zhì)量問(wèn)題和A柱外觀縫隙問(wèn)題所產(chǎn)生的主要原因找到，再把各約束條件存在的安全裕度參數(shù)向著有利于解決問(wèn)題的方向調(diào)整，充分利用側(cè)圍和翼子板兩個(gè)零件模具調(diào)整量和產(chǎn)品斷面調(diào)節(jié)空間，最終達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。