一种汽车侧围外板与顶盖搭接处的冲压处理方法.pdf

本发明公开了一种汽车侧围外板与顶盖搭接处的冲压处理方法，包括侧围外板拉延时模面的制作、对模面进行侧修边和对模面进行侧整形。制作拉延模面时，首先在模面修边线外的工艺补充面上，设计一个台阶。台阶的形成为：首先将侧围外板A面边界沿与A面相切方向往外延伸，长度在10mm内，然后在与冲压方向成3～20°夹角方向上制作工艺补充面，在工艺补充面上距离修边线以外3～20mm处，开始形成台阶。其中侧围外板A面边界是指侧围外板A面和侧围外板翻边处相交部分。A面是指外表面件的外观面。采用本发明所提出的方法，能够防止侧围外板顶盖搭接处A面变形，保证产品质量，消除一次冲击线和二次冲击线对A面的影响，同时能达到最合理的材料利用率。

1、  一种汽车侧围外板与顶盖搭接处的冲压处理方法，包括侧围外板拉延时模面的制作、对模面进行侧修边和对模面进行侧整形，其特征在于：在拉延模面的制作过程中，首先在模面修边线外的工艺补充面上，形成一个台阶。

2、  如权利要求1所述的冲压处理方法，其特征在于：台阶的形成为：首先将侧围外板A面边界沿与A面相切方向往外延伸，长度在10mm内，然后在与冲压方向成3～20°夹角方向上制作工艺补充面，在工艺补充面上距离修边线以外3～20mm处，开始形成台阶，其中侧围外板A面边界是指侧围外板A面和侧围外板翻边处相交部分，A面是侧围外板的外观面。

3、  如权利要求2所述的冲压处理方法，其特征在于：侧围外板A面边界沿与A面相切方向往外延伸的长度为5mm，在与冲压方向成10°夹角方向上制作工艺补充面，在工艺补充面上距离修边线以外10mm处，开始形成台阶。

4、  如权利要求1-3任一项所述的冲压处理方法，其特征在于：台阶向下倾斜，与水平方向成3～20°夹角。

5、  如权利要求4所述的冲压处理方法，其特征在于：台阶与水平方向成10°夹角。

6、  如权利要求1-5任一项所述的冲压处理方法，其特征在于：台阶的宽度控制在10mm以内，优选5mm。

7、  如权利要求1-6任一项所述的冲压处理方法，其特征在于：拉延墙与冲压方向的夹角为3～20°，拉延墙是指压料面往上延伸连接工艺补充面的部分。

8、  如权利要求1-7任一项所述的冲压处理方法，其特征在于：台阶两端的倒角取R3mm～R10mm，优选R3mm。

9、  如权利要求1-8任一项所述的冲压处理方法，其特征在于：根据具体修边角度，采用标准斜楔机构进行侧修边。

10、  如权利要求2-9任一项所述的冲压处理方法，其特征在于：侧围外板翻边处的侧整形采用整体斜楔一次侧整形。

一种汽车侧围外板与顶盖搭接处的冲压处理方法
技术领域
本发明属于汽车白车身钣金件制造领域，特别是涉及汽车白车身钣金件的冲压制造和钣金成型分析。
背景技术
目前，随着汽车行业的不断进步，对汽车外覆盖件的外观质量、材料利用率等要求越来越高，这就要求设计人员不断地提高设计和制造工艺水平。在汽车白车身钣金件领域，侧围外板是白车身零件制造中的核心，它具有形状复杂、结构尺寸大、难成型，外表面质量要求高的特点。为达到最好外表质量，最高钢材料利用率的目标，对零件重要部位(具体部位见图1虚线区域)的工艺设计进行研究和改进。根据图1所示，侧围外板与顶盖搭接处侧围外板形状为弧形，且翻边处为负角，根据材料成型原理，侧整形时，由于材料的各项异性，容易引起侧围外板A面(即外观面)的变形，并且侧整形后的焊接面容易起皱、叠料和回弹。根据白车身功能要求，以上质量问题是工艺设计中急待解决的难题。通过调查和对比，发现在现有工艺中，此部分通常采用的工艺设计方法是先正修边，后侧整形，零件实际生产过程中经常出现变形、起皱等质量缺陷。下面以几种侧围外板为例，进行简单描述。
1.以B14侧围外板为例，对应位置模面设计的截面线如图2所示。零件在工艺安排上采取先正修，后翻边，最后侧整形。这种工艺方案产品A面拉延不充分，且修边距离离翻边位置远，修边后产生的应力大，以致翻边后导致产品A面变形明显，焊接面出现起皱叠料现象，因此较难保证翻边的质量。
2.以生产量最大S11侧围外板为例，对应位置模面设计的截面线如图3所示。零件在工艺安排上采取先正修，后翻边，最后侧整形。这种工艺方案省料但产品A面易产生冲击线，且修边距离翻边位置远，修边后产生的应力大，以致翻边后导致产品A面变形明显，出现起皱叠料现象。
3.再以S16侧围外板为例，对应位置模面设计的截面线如图4所示。产品在工艺安排上采取先侧修，后侧整形。这种工艺设计在初期生产阶段没有大的问题，但是当量产时，凹模圆角磨损比较严重，材料流动时阻力减少，材料流入量比较多，这就造成产品A面拉延不充分，翻边后焊接面的质量也很难保证，易出现起皱叠料等缺陷。
通过上述分析，可知有如下问题需要解决：
(1)防止侧围外板顶盖搭接处A面变形，保证产品质量；
(2)消除一次冲击线和二次冲击线对A面的影响；
(3)尽量减少应力，保证侧整形后产品的质量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种汽车侧围外板与顶盖搭接处的冲压处理方法，包括侧围外板拉延时模面的制作、对模面进行侧修边和对模面进行侧整形，其特征在于：制作拉延模面时，首先在模面修边线外的工艺补充面上，形成一个台阶。台阶的形成为：首先将侧围外板A面边界沿与A面相切方向往外延伸，长度在10mm内，优选5mm；然后在与冲压方向成3～20°夹角方向上，优选10°夹角，制作工艺补充面；在工艺补充面上距离修边线以外3～20mm处，优选10mm，开始形成台阶。其中侧围外板A面边界是指侧围外板A面和侧围外板翻边处相交部分。A面是指外表面件的外观面。
台阶向下倾斜，与水平方向成3～20°夹角，优选成10°夹角；台阶的宽度控制在10mm以内，优选5mm。
进一步，根据具体修边角度，采用标准斜楔机构进行侧修边；侧围外板翻边处的侧整形采用整体斜楔一次侧整形。
采用本发明所提出的方法，不仅可以解决以上所述的缺陷，而且在保证产品质量的前提下，能达到最合理的材料利用率。
附图说明
图1：侧围外板示意图；
图2：现有侧围外板正修、翻边、侧整形示意图一；
图3：现有侧围外板正修、翻边、侧整形示意图二；
图4：现有侧围外板侧修、侧整形示意图；
图5：板料延伸率示意图；
图6：本发明补充台阶宽度对零件表面影响示意图；
图7：本发明第一次冲击线理论分析示意图；
图8：本发明第二次冲击线理论分析示意图；
图9：本发明侧围外板与顶盖搭接处的补充面截面线有效参数图；
图10：本发明侧围外板与顶盖搭接处的补充面截面线推荐参数图。
具体实施方式
下面对本发明的理论研究进行论述。
1、零件对应部位侧整形前后板料压缩量研究(结合图5)
板料在模具作用下产生了延伸和压缩，侧整形前后零件同圆心不同半径部位延伸状态(如图5中A、B)：L1代表产品侧整形后状态，长度为100mm；L2代表板料拉伸到第一种半径状态时，长度为105mm；L3代表板料拉伸到第二种半径状态时，长度为110mm。比较板料从L2，L3状态下分别翻边到L1处时，二者的压缩量(此压缩量是变形和起皱的要因)如下：
A％＝(105-100)/100＝5％
B％＝(110-100)/100＝10％
由图5可见：拉延时，相对半径越大，孤线越长，侧整形时板料压缩量大，产品越易发生变形，出现起皱叠料现象。所以，为减少缺陷对零件质量的影响，在对此区域进行模面设计时，要以尽量减少相对半径，缩短弧长，进而减少侧整形时的压缩量、减少应力、控制板料流动为主导思想。
2、零件对应部位侧整形前后应力研究
板料在拉伸成型过程中，如果产生充分的塑性变形，会有效降低侧整形后导致反弹的应力，此处若设计一个台阶，增加板料阻力，让板料流动速度均匀且充分变形，对控制反弹会非常有用。
3、工艺补充面台阶越宽，产品A面和板料接触区域越多，对应表面拉延越不充分，零件易产生棱线(结合图6)。所谓的工艺补充面是指为了工艺需要，所补充的产品外的所有部分。
4、新型技术模面设计理论要素描述：
(1)第一次冲击线理论分析(结合图7)：凹模圆角最先和板料接触形成冲击线，随板料成型过程向模芯方向流动，为保持产品A面质量，需控制其在A面以下。设计模面时，要充分考虑到冲击线是否会影响到A面。避免第一次冲击线的条件：
L*(1+EL％)>1，
其中L：压料板上板料的投影长度；
1：产品A面截面线长度；
EL％：板料延伸率。
(2)第二次冲击线理论分析(结合图8)：为减少应力对反弹、变形的影响，设计了台阶式工艺补充面。当凹模向下运动时，凹模台阶圆角和板料接触产生一道压痕。为保持产品A面质量，需控制其在A面以下。避免第二次冲击线的条件：
L*(1+EL％)>1，
其中：L：二次冲击点后供成型A级表面的板料；
1：产品A面截面线长度；
EL％：板料延伸率。
根据以上理论研究，在做外覆盖件模面设计时，要考虑到产品的外观，避免A面产生滑移线和冲击线。保证焊接面的准确性和平整性。合理的材料利用率。针对侧围此区域特点，在此设计了新型的模面工艺方案，此方案的有效参数设置如图9所示。在有效参数范围内，推荐一个优选的参数设计如图10所示。
为了保证零件质量，控制材料流动均匀，让产品A面产生充分的塑性变形，需要在模面修边线外的工艺补充面上，增加一个台阶；为了减少侧整形对零件A面的影响，首先将产品A面边界(产品A面和产品翻边处相交部分)，沿与A面相切方向往外延伸，长度在10mm内，优选5mm。然后在与冲压方向成3～20°，优选10°夹角方向上制作工艺补充面。考虑到侧修方便性、零件表面质量、斜楔的规格，这里采用标准的正装斜楔机构进行侧修。工艺补充面上距离修边线以外3～20mm，优选10mm处，开始设计台阶。考虑成型时材料流动均匀，台阶向下倾斜，与水平方向成3～20°夹角，优选10°。为了保证零件对应表面拉延充分，台阶的宽度控制在10mm以内，优选5mm。设计拉延墙(即压料面往上延伸连接工艺补充面的部分)时，须考虑到一次冲击线和二次冲击线对产品A面的影响。由图7和图8可知，通过优化拉延墙的角度，来改变一次冲击线和二次冲击线对零件表面质量的影响。拉延墙角度通常控制在3～20°。台阶二端的倒角应根据板料流动实际情况具体优化，倒角值一般在R3mm～R10mm。此模面设计方案通过在业内著名的有限元仿真分析软件AUTOFORM和PAM-STAMP的精确仿真验证，显示了产品A面拉延充分，冲击线未出现在产品的外观表面，侧整型后产品外观表面变形很小。在奇瑞公司主力车型M11的模面设计上也有体现，并经过实践生产来看，已经避免了起皱、叠料、变形、冲击线等缺陷。在材料利用率和产品质量之间取得一个良好的平衡，因此此新型模面工艺设计较适合中高档车的设计。