特殊造型側(cè)圍外板加油口處沖壓工藝分析

趙子海，繳 平，廖小剛，王 偉，王 健，江克洪

（浙江吉利汽車集團 制造工程（ME）中心，浙江 慈溪 315300）

0 引言

側(cè)圍外板是汽車車身最大、最復(fù)雜的外覆蓋件，其外觀面較多，加油口處更是消費者容易看到的外觀面，其外觀質(zhì)量直接影響整車的外觀感知。采用合理的沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)，再利用CAE軟件進行輔助預(yù)測，可有效預(yù)防側(cè)圍沖壓件加油口處產(chǎn)生的外觀缺陷。

1 常見的側(cè)圍加油口處形狀及工藝方案

1.1 常見的加油口處形狀

一般加油口設(shè)計在比較平緩的A面上，深度一般為12 mm；孔尺寸公差較小，精度要求較高；頂部都是外觀A面，頂部與加油口有間隙面差要求；側(cè)壁拔模角度車身Y方向為3°～5°，加油口處典型形狀如圖1所示。

圖1 加油口處典型形狀

1.2 常見的加油口處沖壓工藝方案

側(cè)圍加油口處典型的成形工藝為拉深（加油口處按照A面光順連接）、預(yù)沖孔、整形、精沖孔4道工序，如圖2所示。

有些企業(yè)成形側(cè)圍加油口處采用先預(yù)拉深一部分，再整形預(yù)沖孔、精沖孔3道工序的方案，此方案存在拉深時易產(chǎn)生A面缺陷。拉深產(chǎn)生的凹坑缺陷只能在整形工序消除，在下模加油口整形凹模對應(yīng)A面缺陷處進行隆起，上模壓料芯進行強壓處理來優(yōu)化，對鉗工水平要求較高，且最終缺陷不易消除，缺陷如圖3所示。

圖2 側(cè)圍加油口處典型工藝方案

圖3 側(cè)圍加油口處預(yù)拉深時產(chǎn)生凹坑缺陷

2 特殊造型加油口處沖壓工藝方案

2.1 特殊造型加油口形狀

圖4所示是某車型的側(cè)圍外板，加油口在主腰線上下兩側(cè)，且主腰線處起伏較大，加油口側(cè)壁相對車身Y方向存在拔模角，上部為20°，下部為3°，以保證整形過程中下模零件的強度。

圖4 某車型側(cè)圍外板

2.2 特殊造型加油口處初始工藝方案及缺陷分析

特殊造型加油口處初始工藝方案為拉深（加油口處按照A面光順連接）、預(yù)沖孔、整形、側(cè)精沖孔4道工序完成。實際模具調(diào)試時，加油口處上部兩角部靠近三角窗處，存在凹坑面品缺陷，如圖5圓圈處所示，屬于Audit打分B50不可接受缺陷，必須對缺陷問題進行分析及優(yōu)化處理。

缺陷原因分析如下。

（1）加油口處拐角輪廓半徑太小，且拐角輪廓為凹輪廓，整形過程為缺料整形。整形過程中材料流動不均勻，引起A面輕微變形，該零件初始時R為35 mm，經(jīng)CAE分析對比和以往經(jīng)驗，此處拐角半徑最小R為40 mm較合理。

（2）加油口上部拔模角20°，整形時整形刀塊周圈做3°回彈補償，補償后上部側(cè)壁與沖壓方向夾角為17°，整形刀塊初始接觸板料，離壓料芯遠，刀塊下行過程中，板料受到整形刀塊的力，分解為向下和向側(cè)壁的力，如果壓料芯壓料力不足或壓料芯研合面較差時，都會造成材料失控，引起A面變形，如圖6所示。

圖5 側(cè)圍加油口區(qū)域凹坑缺陷

圖6 加油口處整形產(chǎn)生缺陷原因

因零件結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，拐角半徑無法更改，只能在沖壓工藝和結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化，通過減小預(yù)沖孔的孔徑10 mm，整形工序采用下凸模隆起和上壓料芯強壓的方案，經(jīng)過持續(xù)優(yōu)化后，此A面缺陷減輕到可接受范圍。

2.3 特殊造型加油口處新工藝和結(jié)構(gòu)處理措施

2.3.1 特殊造型加油口處的新工藝

新項目車型有一款與此造型相似的車型，如圖7所示。新車型加油口處采用的新工藝為拉深（預(yù)拉深局部后工序無法修邊處）、預(yù)沖孔（局部精沖）、整形（拔模角小的部位完全整形，拔模角大的部位只整形上R角）、側(cè)整形（按照拔模角大的方向進行側(cè)整）、精沖孔共5道工序完成，如圖8和圖9所示。增加側(cè)整形的目的是為了側(cè)整形方向與加油口側(cè)壁平行整形，避免整形時A面產(chǎn)生缺陷，此工藝方案適用于側(cè)圍外板可以布置5～6道工序的企業(yè)。

圖7 某相似車型側(cè)圍外板

圖8 加油口處新工藝方案

2.3.2 新工藝做加工數(shù)據(jù)時的預(yù)防措施

圖9 加油口處成形工序

加油口處拐角半徑要求最小R=40 mm，加油口側(cè)壁拔模角相對整形方向建議值為3°～5°，整形及側(cè)整形時采用回彈補償，加工數(shù)模設(shè)計側(cè)壁與沖壓方向平行，如圖10所示。

圖10 加油口處模具零件加工數(shù)據(jù)處理

加油口處壓料芯與整形刀塊間隙為0.3 mm，壓料芯與上模座間需增加導(dǎo)柱和導(dǎo)板復(fù)合導(dǎo)向，以減輕整形刀塊回程時的材料變形，如圖11所示。

圖11 加油口處壓料芯與整形刀塊間隙要求

加油口處壓料芯局部增加鑲件，鑲件下加厚5 mm的墊片，便于強壓研合，對應(yīng)壓料芯鑲件下氮氣缸盡量多布置，如圖12所示。

按照上述加油口A面缺陷解決措施處理加工數(shù)據(jù)后進行CAE油石分析，結(jié)果如圖13所示，采取措施后A面缺陷達到可接受的范圍。

側(cè)整形加油口模具結(jié)構(gòu)如圖14所示，下模采用斜楔結(jié)構(gòu)，上模采用驅(qū)動塊裝在壓料芯上的隱藏式斜楔。

圖12 加油口處壓料芯鑲件處理

圖13 CAE油石分析結(jié)果對比

按上述方案對模具結(jié)構(gòu)進行處理后，加油口處表面質(zhì)量得到較好的改善，油石檢查及高亮油光照檢查，Audit打分C10，達到質(zhì)量要求，如圖15所示。

圖14 加油口處側(cè)整形模結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語

針對側(cè)圍外板加油口處進行沖壓工藝分析和缺陷預(yù)防措施，根據(jù)零件不同的形狀特點，采用不同的工藝方案，并在模具結(jié)構(gòu)和加工數(shù)據(jù)階段進行缺陷預(yù)防，提升了零件成形質(zhì)量，縮短了模具開發(fā)周期和減少了開發(fā)成本。

圖15 加油口處成形效果