某车型后门内板成形优化

何磊，李珊珊

（北京奔驰汽车有限公司，北京100176）

0 引 言

某车型后门内板是带窗框的一体式结构，零件尺寸大、结构复杂，成形难度大，易出现起皱和开裂情况[1,2]。此后门内板在生产过程中成形不稳定，初期起皱，成形中后期开裂，生产状态不稳定，图1所示为零件缺陷区域，导致返修和报废零件较多，影响零件成形质量和生产效率。

图1 零件缺陷区域

1 零件工艺分析

1.1 板料形状及工艺参数

图2所示为单侧零件板料形状，因拉深深度较深，窗框处侧壁角度较小，为了防止成形零件开裂，板料设有工艺孔。零件材料为DC06，料厚为0.8 mm，性能如表1所示，关键工艺参数如表2所示。

表1 板料性能

表2 冲压工艺参数

图2 板料形状

1.2 拉深工序

图3所示为零件拉深设计造型，模具采用1模2件形式和一体式压边圈。拉深工序将零件形状成形到位，后工序整形无实际整形内容，B柱、C柱、窗框及门槛等进料较多区域均采用双筋形式。同时为了控制回弹，窗框内采用行程为20 mm的浮动压料。

图3 拉深设计造型

2 问题描述

零件锁孔区域拉深深度较深，造型复杂，存在多个台阶，且圆角和侧壁拔模角都较小，成形性差。图4所示为零件成形初期锁孔区域侧壁起皱情况，成形中后期附近区域出现开裂，如图5所示。零件批量化生产中成形状态不稳定，导致返修和报废较多，影响成形质量和生产效率。

图4 零件侧壁起皱

图5 零件局部开裂

3 问题分析

3.1 网格试验

为了准确了解零件开裂与起皱区域的成形状态，对零件进行网格试验，以得到正常工艺参数下此区域的真实减薄率，并与CAE分析进行对比。

网格试验步骤如下：①根据需要网格试验区域，确定对应板料位置，并利用印刷网格设备在板料上印刷网格，如图6所示；②利用冲压设备将网格板料冲出，如图7所示；③按要求设置比例尺寸，并利用相机拍摄网格件照片；④将照片导入网格分析软件，如图8所示，得到需要的数据。

图6 板料上印刷网格

图7 冲压后网格零件

图8 照片导入软件

根据网格分析数据，零件拉深后此区域减薄率为13%～21%（见图9），CAE分析此区域减薄率为10%～16%（见图10）。经过现场多次调试后，零件实际减薄率与CAE分析值存在一定差异，与CAE分析相比实际减薄率要大一些，模具成形裕度比设计时小。

图9 网格试验减薄率

图10 CAE分析减薄率

3.2 实际拉深进料与CAE分析对比

在正常成形工艺参数下，取成形初期拉深件，测量此区域拉深进料为42 mm左右，而CAE分析中此区域拉深进料为46.58 mm，如图11所示，实际成形时拉深进料比CAE分析少进料5 mm。

图11 拉深进料值CAE分析

3.3 模具温度影响

零件成形中由于板料和模具零件之间发生剧烈摩擦，模具温度升高，根据热胀冷缩的原理，凹模和压边圈间隙会变小，导致进料阻力加大，进料减少。为了对比模具温度对进料的影响，选取零件成形初期拉深件和成形至1 200件时的拉深件进行对比。成形至1 200件时拉深件的对应开裂区域进料较成形初期少流动5 mm以上，表明模具温度对拉深进料有一定的影响。

3.4 模具状态

拉深平衡块的目的是控制凹模和压边圈间隙，平衡块着色情况可通过刷蓝油来判断，理想状态是正常压件后，平衡块虚着色。前期调试时为了解决起皱问题，将压边圈上的所有平衡块均调成无着色状态，如图12所示。压料面是控制拉深成形状态和拉深进料的关键因素之一，拉深筋内的压料面也叫管理面，其着色状态尤为重要，如图13所示，管理面局部存在硬点。

图12 拉深平衡块着色情况

图13 拉深压料面着色情况

4 解决方案

综上所述，模具经现场调试后发现拉深进料比CAE分析时要少，同时减薄率要比CAE分析大。此外成形过程中随着模具温度上升，拉深进料会减少，零件减薄率会增大，以上情况导致零件开裂风险加大。拉深平衡块不着色与压料面着色不良是导致零件生产中成形状态不稳定及对模具温度敏感的主要原因，为了解决此问题，制定了以下方案。

4.1 拉深筋烧焊

为了解决起皱问题，对拉深筋进行烧焊处理，增大拉深筋阻力，通过拉深筋控制进料。根据生产经验，通过拉深筋控制进料比压料面要稳定得多，可减少模具温度对进料的影响。

4.2 压料面研合

将拉深模对应区域压料面进行重新研合，并消除管理面区域硬点。研合评价标准：①筋条内侧管理面强压泛白，着色率≥90%；②筋条外侧20 mm以内虚着色，着色均匀；③筋条外侧20 mm以外不着色[3]。

4.3 拉深平衡块调整

为了减少模具温度对进料影响，在压边圈的平衡块下方增加垫片，将所有的平衡块调整为虚着色，要求平衡块下方增加0.1 mm垫片后平衡块有着色，撤去0.1 mm垫片后无着色。

4.4 涂油调整

拉深油能提高板料和模具零件之间的润滑性，有利于拉深进料及凹模内板料的延展性。油量过多时零件易起皱，油量过少时零件易开裂。自动化冲压线自带涂油机，可根据零件特点及需求设置涂油位置。为了改善该零件开裂情况，经验证后将零件上表面涂油由0.5 g/m2改为1.5 g/m2。

4.5 增加吹气装置

成形中为了减少模具温度的变化，在模具内接入气管，并使用压缩空气对模具进行吹气降温。同时为了减少设备能源损耗，防止产生较大的吹气噪音，将设备提供压缩空气的逻辑设置成压力机角度控制，如图14所示的阀1设置，即当压力机停止运动时停止供气。

图14 压力机角度控制吹气

5 结束语

通过采取拉深筋烧焊、研合压料面、调整平衡块、调整涂油以及增加吹气装置等工艺措施后，成形零件无起皱开裂情况，并经生产验证，零件成形状态稳定，实际成形零件如图15所示。方案实施后因成形缺陷导致的零件返修和报废得到了有效控制，零件一次合格率提高了3%，同时减少了生产停机，提高了生产效率。

图15 零件无开裂起皱