轿车侧围外板中立柱的工艺改进

大老虎

轿车普遍采用整体侧围结构（图1），这种设计具有尺寸精度高，节约材料，降低工时和生产成本，前期生产准备时，设备和工装投入费用少等优点。但由于整体侧围结构相对复杂，在图中所示的A 区域，成形时易产生各类缺陷，如凸凹、开裂、起皱，冲击线等，对缺陷的工艺调整（模具、设备、材料）也较复杂。

" `# e2 w$ k, [: f0 C# N天籁轿车侧围模具的设计和制造是由日本工厂完成。工艺流程为：拉延、修边斜楔—修边冲孔—整形、修边斜楔—翻边、冲孔斜楔—翻边4个工序。由于零件形状的复杂性，材料流动的多方向性，易造成各种缺陷，如何控制各方向的材料流入量、掌握各方向材料流入对缺陷的影响也是非常困难的，这就对模具调整带来困难。

图1 侧围零件图

1 成形机理及应力分析

1.1 侧围中立柱“T 型”成形机理分析
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从图1可以看出，侧围中立柱上方是一个“T型”结构，而且该部位形状变化急剧，这种急剧的形状变化导致此处材料流动复杂，因此，这种部位最易产生凸凹和开裂现象。下面就侧围中立柱上方的成形特点进行分析。

零件在成形的初始阶段，材料主要从3个方向进料（图3）。由于受到产品“T型”形状的影响，材料在成形的初期就会在中立柱上方表面发生材料过剩，引起凸凹的变形，随着成形的不断加深，多余材料不断吸收，最终过剩的材料不能被零件的形状完全吸收，造成其表面产生凸凹。

形状变化越急剧，在表面聚集的材料就越多，这是总的趋势。加大压边力虽然可以减少初期材料在表面的聚集，但是会阻碍材料的流动造成开裂。另外，材料在3个方向进料时的不合理性和在成形过程中3个方向吸收材料的不均匀性，也是使材料在表面聚集，造成零件表面凸凹。

, Q' l# L* H6 f% z' H当成形达到一定深度时，受到上模形状的影响，开始吸收在零件表面聚集的材料，但由于不能完全吸收，因而在最终的成形件上出现凸凹。

/ p, S, t1 I  C% {; O1 ~0 ]2 工艺试验
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9 h/ B- |. x" g- o/ s/ ~通过应力应变分析，基本找到解决问题的方向，但对哪些成形条件进行改善，可以达到降低压应力对材料的作用，还需要通过分析模具的具体特点以及做工艺试验才能确定下来。
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2.1 影响零件表面凸凹的因素分析

7 |4 n/ P7 t8 h6 T从上述的分析结果，并结合模具的构造和工艺调整参数来看，影响压应力作用的因素，也就是影响零件表面凸凹的因素有以下几个方面：① 设备精度及平衡缸的压力变化；② 气垫压力的大小及压力变化；③ 托杆长度一致；④ 上下模具的研合率；⑤ 平衡块布置的合理性；⑥ 拉延筋的布置及形状；⑦ 材料的机械特性值；⑧ 平衡块调整的合理性；⑨ 拉延筋的松紧程度。
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2.2 工艺方案的确定
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  \: M" }" {1 z& d+ H根据上述的影响因素，制定如下工艺试验方案：

（1）先对①、②、③项影响因素进行调查确认。通过调查，设备精度良好，平衡缸的压力变化在规定范围内。气垫压力在理想状态（压力小凸凹量变大，压力大材料开裂），压力变化的范围很小，完全符合成形时对压力波动的要求。托杆长度符合标准要求。
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（2）再对④、⑤、⑥项影响因素进行调查确认。由于模具结构限制，平衡块位置无法变动。

上下模具的研合率较好。拉延筋的布置及形状合理，研合率较好。

（3）对⑦项影响因素进行调查确认。钢材机械特性值变化较大（表1），影响零件在成形时的1.2 T 型部的应力应变分析以进料区为研究对象，对变形量最大点A点进行应力应变分析（图4）。

从应力应变图可以看出，成形零件表面在车体的y向应变比x向的应变大，造成y向多材料,材料流动，从而影响零件表面的凸凹量。
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4 \: P- @; Z/ d; W) `! T6 s（4）对⑧、⑨项影响因素进行调查确认。结合应力应变分析，针对影响三个方向进料状态的主要因素进行调整，以达到理想效果。工艺试验方式见表2。

2.3 工艺试验的效果及分析

' R. l3 ]/ y0 v' p) b3 T不同的材料特性值，对零件表面凸凹的影响较大，如表1 所示。从表1 中可以看出，屈服强度大的材料，抗失稳能力强，因而零件表面凸凹量小，但屈服强度大的材料其延伸率就会降低，易造成零件开裂，通过多次试验结果分析，屈服强度在148 ～ 150MPa，延伸率在48% ～ 50% 的范围内，零件表面凸凹量小且不易开裂。
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# V2 a# V( U( }) o- u通过调整三向进料状态，试验2取得了满意的效果，试验3与未调整前的状态基本一致，试验1、试验4 比未调整前的状态差（表3）。

3 结论

; K3 K' @2 f& K' D* @3 l9 t在生产过程中通过对模具的调整和钢材特性值的管理，凸凹量有了明显改善，经过VES评价为OK。分析其原因，一是使三向进料趋于平衡，在成形初期产生的材料聚集程度得到改善，有利于成形中后期多余材料的充分吸收。二是缓解零件急剧变化一侧的进料阻力，降低内应力对表面的压缩作用，改善材料的失稳状态。(end)