側(cè)圍外板腰線后三角窗位置起皺分析及對(duì)策

摘 "要：從沖壓成型理論出發(fā)，結(jié)合成型極限圖（FLD）闡述沖壓起皺機(jī)理，為分析起皺問題提供了思路，以某車型SUV側(cè)圍外板為例，對(duì)腰線后三角窗位置的起皺問題進(jìn)行解析，并于同步工程階段，借助AutoForm分析軟件找到了一種解決該起皺問題的對(duì)策，產(chǎn)品實(shí)物證實(shí)了該方法的有效性，對(duì)于同類結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品或工藝提供了參考，具有一定的推廣和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：起皺；同步工程；沖壓工藝；成型極限圖（FLD）；側(cè)圍外板

中圖分類號(hào)：TG386 """""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Analysis and solution for wrinkle defect in the waist line

of rear triangle window of body side outer panel

HE Xingming，LI Qiming， YI Wei，CHEN Bin

（Radar New Energy Automobile （Zhejiang） Co.，Ltd.， Hangzhou 311228，Zhejiang，China）

Abstract： This paper based on the theory of stamping forming and explains the mechanism of stamping wrinkle in combination with forming limit diagram （FLD）， which provides a clear idea for analyzing the wrinkledefect. Taking the side panel of an SUV model as an example， the wrinkle defects of the rear triangle window position of the waist line is analyzed， and a countermeasure to solve the wrinkling problem is found by means of AutoForm analysis software in the simultaneous engineering stage. The effectiveness of the method is verified by the product， and it provides a reference for the similar structure products or processes， and has a certain popularization and reference.

Key words： wrinkle; simultaneous engineering; stamping process; forming limit diagram （FLD）; body side outer

0 "引 "言

起皺是板料在沖壓過程中材料流動(dòng)不平衡，產(chǎn)生擠壓而無法吸收消除的現(xiàn)象。起皺缺陷會(huì)引起很多不良后果，往往在白件上就能被非專業(yè)人士識(shí)別，并且在涂漆后放大，輕微的起皺現(xiàn)象會(huì)引起外觀質(zhì)量問題，較嚴(yán)重的起皺會(huì)影響零件匹配，更甚者則形成疊料，導(dǎo)致零件報(bào)廢。另外，起皺問題也會(huì)導(dǎo)致模具的使用壽命降低，因此，必須預(yù)防和控制沖壓過程中的起皺問題的發(fā)生。

側(cè)圍外板作為車身最大的覆蓋件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外觀質(zhì)量要求高，不允許產(chǎn)生開裂、滑移線、凹坑及起皺等外觀缺陷，同時(shí)，伴隨著日新月異的造型設(shè)計(jì)，車身造型更加犀利，側(cè)圍的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，特征銳利，棱線分明，曲面之間過渡更加急劇。在這種情況下，如何保證外觀質(zhì)量尤為重要，對(duì)側(cè)圍的沖壓工藝提出了極大的挑戰(zhàn)。起皺是最常見的外觀缺陷之一，在滿足造型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能需求的同時(shí)，消除沖壓起皺問題是常見課題。

近年來，同步工程（SE）應(yīng)運(yùn)而生，工藝人員從工程及制造角度出發(fā)，提前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行SE分析，識(shí)別產(chǎn)品的潛在制造風(fēng)險(xiǎn)，從而達(dá)成可制造、易制造。同步工程是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)同步、一體化設(shè)計(jì)的有效方法，是識(shí)別產(chǎn)品缺陷和尋求解決方案的有效手段，最終達(dá)到預(yù)防質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、提升零件質(zhì)量、降低工藝難度、降低成本和縮短開發(fā)周期的目的。

本文以某車型側(cè)圍外板為例，闡述該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及起皺的產(chǎn)生機(jī)理，并從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝方向制定措施，最終解決側(cè)圍外板腰線后三角窗位置的起皺問題。

1 "沖壓起皺機(jī)理

1.1 "起皺的物理解釋

以成形極限圖（FLD）各區(qū)為例來闡明起皺的物理現(xiàn)象，F(xiàn)LD是以主應(yīng)變?yōu)榭v坐標(biāo)，次應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)，結(jié)合FLC曲線、雙拉曲線、單拉曲線以及純剪曲線等形成的圖示，如圖1所示。其中，a為長軸方向應(yīng)變，b為短軸方向應(yīng)變，d為初始應(yīng)變狀態(tài)，主次應(yīng)變?yōu)?。通過FLD曲線，可以評(píng)估沖壓成型過程中，板料在復(fù)雜應(yīng)變狀體下的成型性能，從而掌握板料能承受的拉伸極限（破裂）及壓縮極限（起皺）。

圖1中右半部分為拉—拉狀態(tài)，左半部分為拉—壓狀態(tài)，當(dāng)板料處于拉—壓狀態(tài)時(shí)，有起皺風(fēng)險(xiǎn)，具體如下。

當(dāng)ε1=-1+rrε2，根據(jù)體積不變?cè)?，?=-rεt，其中，εt為板料厚向應(yīng)變，r為塑性應(yīng)變比或各項(xiàng)異性指數(shù)，此時(shí)板料處于單拉應(yīng)變狀態(tài)，見圖1中單拉曲線，板料有起皺趨勢(shì)，起皺趨勢(shì)的范圍介于單拉曲線和純剪曲線之間；

當(dāng)ε1=-ε2， εt=0，此時(shí)板料處于純剪應(yīng)變狀態(tài)，這是起皺評(píng)判的一個(gè)分界線，可以認(rèn)為越過此線（圖1中純剪曲線左側(cè)部分），材料開始失穩(wěn)，厚度方向開始增厚，表現(xiàn)出起皺現(xiàn)象。

1.2 "CAE分析起皺判斷方法

沖壓同步工程分析軟件有AutoForm，Dynaform等，本文基于AutoForm軟件分析。對(duì)于起皺判斷有明確的規(guī)定，首先是成型過程平穩(wěn)，無波浪及起伏，在行程到底前10mm，無明顯的褶皺現(xiàn)象，行程到底后起皺系數(shù)和潛在起皺因子控制在0.03以內(nèi)。

2 "側(cè)圍外板結(jié)構(gòu)分析

2.1 "結(jié)構(gòu)分析

某SUV車型的側(cè)圍外板如圖2所示，材料屬性：DC56D+ZM 35/35，料厚0.65mm。相對(duì)于常見的車型而言，該車型在腰線三角窗位置Y向收縮急劇，很短區(qū)域內(nèi)Y向高度差94.2mm，如圖2（b）所示。

2.2 "結(jié)構(gòu)優(yōu)化

工藝性分析判斷，該位置的Y向段差會(huì)引起起皺問題，此處是A級(jí)外露面，不允許有外觀問題產(chǎn)生，因此，需要產(chǎn)品做相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在滿足造型和結(jié)構(gòu)匹配的情況下，盡可能緩慢過渡。黃色區(qū)域做出凸起，實(shí)現(xiàn)高低點(diǎn)的橋接，并在三角窗飾板可以遮蓋的區(qū)域增加了一個(gè)較小的吸皺特征，如圖3所示。

3 "工藝及對(duì)策制定

汽車覆蓋件中，側(cè)圍外板是工藝最復(fù)雜的零件之一，一般需要4～5道工序，本文側(cè)圍外板多處造型及結(jié)構(gòu)限制，需要5道工序才能完成沖壓，從工藝制定可以看出，OP10拉延及OP20門洞整形與腰線后三角窗位置的起皺問題相關(guān)聯(lián)。由CAE分析試驗(yàn)可知，OP10與起皺問題強(qiáng)相關(guān)，OP20整形量很小，對(duì)起皺的影響可以忽略，OP10拉延如圖4所示。

3.1 "CAE分析

CAE分析結(jié)果如圖5所示，可以看出過程平穩(wěn)，無窩料和起伏現(xiàn)象，板料與壓邊圈整體貼合并處于良好的脹形狀態(tài)；到底前10mm時(shí)，起皺嚴(yán)重，到底的起皺系數(shù)0.054/0.061，超過起皺評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如圖6所示。

3.2 "腰線三角窗位置應(yīng)變狀態(tài)

檢查發(fā)現(xiàn)，腰線三角窗位置應(yīng)變方向如圖7所示，圖7（a）為應(yīng)變方向整體圖，圖7（b）為起皺位置放大圖，由圖7可以看出，沿著腰線方向?yàn)榇藨?yīng)變方向，并且為受壓，顯然該區(qū)域是受拉—壓狀態(tài)，由此可以推斷，需要加大腰線方向的應(yīng)變或者改變應(yīng)變狀態(tài)（拉—壓改變?yōu)槔瓲顟B(tài)）才能減輕或解決起皺問題。解決方案：一是加大后門動(dòng)的拉延筋系數(shù)，減小板料流動(dòng)；二是在門洞工藝補(bǔ)充上做特征來吸收堆積的板料。

3.3 "拉延筋系數(shù)調(diào)整

首先，通過CAE分析，調(diào)整拉延筋系數(shù)，控制走料。分析結(jié)果顯示：拉延筋系數(shù)加大對(duì)該位置的起皺問題有一定的改善，如圖8所示，到底時(shí)材料流動(dòng)差15mm左右，腰線尖點(diǎn)處于開裂極限，但到底時(shí)的起皺系數(shù)為0.043，無法完全解決起皺問題。

3.4 "工藝補(bǔ)充優(yōu)化

在靠近門洞法蘭位置起一個(gè)凸起特征，經(jīng)反復(fù)CAE分析確認(rèn)特征的高度和具體位置，最終確認(rèn)如圖9所示，特征高度約13mm，最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)腰線與三角窗銜接處，往兩邊緩慢漸變過渡。

3.5 "優(yōu)化后的過程狀態(tài)

優(yōu)化工藝補(bǔ)充后，進(jìn)行CAE分析，優(yōu)化工藝補(bǔ)充后，凸包在到底前36mm接觸并起到反成型作用，到底前10mm可以看出堆料問題得到顯著改善，到底前堆料現(xiàn)象消除，到底時(shí)的起皺系數(shù)0.022，滿足CAE判定規(guī)范，分析結(jié)果如圖10所示。

4 "實(shí)物驗(yàn)證

量產(chǎn)后實(shí)物狀態(tài)如圖11所示，圖11（a）為白件狀態(tài)，可以看出側(cè)圍白件外觀良好，腰線三角窗位置特征及棱線清晰，無起皺問題；圖11（b）噴漆后狀態(tài)，產(chǎn)品外觀質(zhì)量良好，滿足外觀質(zhì)量評(píng)審和覆蓋件質(zhì)量要求。

5 "結(jié) "語

本文針對(duì)側(cè)圍外板腰線后三角窗位置的起皺問題進(jìn)行分析研究，借助分析軟件反復(fù)試驗(yàn)，提出在拉延工序后門洞工藝補(bǔ)充位置增加工藝凸包的方法來解決起皺問題，實(shí)物效果也證實(shí)了該方案的有效性，可在同結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品或工藝中推廣應(yīng)用。同時(shí)，該問題的分析和方案驗(yàn)證均在沖壓同步工程中實(shí)施，并在模具實(shí)物開發(fā)前鎖定最終對(duì)策，有效規(guī)避了反復(fù)實(shí)物修改引起的成本、質(zhì)量以及周期影響。

參考文獻(xiàn)：

［1］牛恒仁，鹿勝寶，王力，等.側(cè)圍外板門洞起皺的解決措施［J］.模具工業(yè)，2020，9（46）：27-31.

NIU H R， LU S B， WANG L， et al. Countermeasures for wrinkle at door hole area of side outer panel［J］.Dieamp;Mould Industry，2020，9（46）：27-31.

［2］何星明，鄔波，谷樹華，等.汽車覆蓋件同步工程階段沖壓滑移線的控制方法［J］.塑性工程學(xué)報(bào)，2020，4（27）：146-152.

HE X M， WU B， GU S H， et al. Control method of stamping slip line in simultaneous engineering stage for automobile skin panels［J］.Journal of Plasticity Engineering，2020，4（27）：146-152.

［3］余世浩，趙銳敏，李佳琪，等.基于多目標(biāo)粒子群算法的沖壓成形工藝優(yōu)化［J］.熱加工工藝，2014，1（43）：144-147.

YU S H， ZHAO R M， LI J Q， et al. Process optimization of sheet metal stamping based on multiobjective particle swarm algorithm［J］.Hot Working Technology，2014，1（43）：144-147.

［4］趙明，張路學(xué)，謝保，等.汽車沖壓件拉伸起皺現(xiàn)象分析及控制措施［J］.模具制造，2019，11：11-14.

ZHAO M， ZHANG L X， XIE B， et al. Analysis and control measures of drawing wrinkling for automobile stamping parts［J］Dieamp;Mould Manufacture，2019，11：11-14.

［5］秦海斌，張宇，馬延峰，等. 解決沖壓成型過程中零件立壁起皺的方法［J］.模具工業(yè)，2021，5（47）：31-33.

QIN H B， ZHANG Y， MA Y F， et al. Solution for wrinkling on wall of parts in stamping process［J］.Dieamp;Mould Industry，2021，5（47）：31-33.

［6］費(fèi)姝霞，王宏霞. 汽車沖壓件翻邊缺陷的解決方案［J］.模具技術(shù)，2019，5：44-48.

FEI S X， WANG H X， Solution to flanging defect of automobile stamping parts［J］.Die and Mould Technology，2019，5：44-48.

［7］李超，黃珍媛，李敬原，等. 板厚對(duì)薄壁錐形件拉深成形的影響［J］.模具技術(shù)，2018，5：6-10.

LI C， HUANG Z Y， LI J Y， et al. Effect of plate thickness on the forming process of thinwall tapered shell drawing［J］.Die and Mould Technology，2018，5：6-10.

［8］熊文韜，劉泓濱，孫元貴，等. 基于Dynaform的汽車左后側(cè)圍外板起皺問題的分析與解決［J］.模具工業(yè)，2017，5（43）：24-28.

XIONG W T， LIU H B， SUN Y G， et al. Analysis and solution of wrinkle defects of automobile left rear sideframe outer panel based on Dynaform［J］.Dieamp;Mould Industry，2017，5（43）：24-28.

［9］李科杰，何星明，鄔波，等. 典型鋼板汽車覆蓋件拉延工藝介紹［J］.汽車實(shí)用技術(shù)，2020，1：156-160.

LI K J， HE X M， WU B， et al. Introduction of drawing process of typical steel body cover［J］.Automobile Applied Technology，2020，1：156-160.

［10］李昂，王肖英，黃永生，等. 汽車地板縱梁前段沖壓工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.模具技術(shù)，2021，2：13-17.

LI A， WANG X Y， HUANG Y S， et al. Stamping process optimal design for the forepart of car longitudinal floor beam［J］.Die and Mould Technology，2021，2：13-17.

［11］申丹鳳，聶昕，覃超圣，等. 某汽車前門內(nèi)板沖壓成形仿真起皺評(píng)價(jià)指標(biāo)失效研究［J］.鍛壓技術(shù)，2023，2（48）：68-76.

SHEN D F， NIE X， QIN C S， et al. Research on invalidation of wrinkling evaluation indicator in stamping simulation of an automobile front door inner panel［J］.Forgingamp;Stamping Technology，2023，2（48）：68-76.

［12］丁文軍，井芊，阮林凡，等. 某SUV尾門外板沖壓工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.模具技術(shù)，2020，4：38-42.

DING W J， JING Q， RUAN L F， et al. Optimization design of stamping process for the outer panel of an SUV tailgate［J］.Die and Mould Technology，2020，4：38-42.

作者簡介：何星明，高級(jí)工程師，主要從事汽車?yán)錈釠_壓SE分析及模具開發(fā)方面的研究。

（雷達(dá)新能源汽車（浙江）有限公司浙江，浙江 "杭州 "311228）