精细化模面技术在翼子板模具开发上的应用

张天平，张玉成，李 博，江庆顺

（东风小康汽车有限公司 汽车技术中心，重庆 400033）

0 引言

翼子板模具是汽车覆盖件模具开发中难度比较大的，成形的制件外观品质及成形质量关乎整车的视觉效果，为有效控制翼子板的成形质量，提升整车外观品质，需在工艺设计阶段同步进行模具零件型面（简称模面）精细化处理，将成形的制件外观缺陷问题提前进行控制。

1 翼子板模具工艺方案及外观缺陷

1.1 工艺方案简述

翼子板材料为DC05，料厚为0.7 mm，材料利用率为35.44%。根据车型工艺规划并结合企业冲压车间生产线4台冲压设备，经CAE分析并参考以往车型工艺，翼子板工艺方案最终确定为左右共模4工序成形。工序内容为：拉深→修边、侧修边、冲孔→修边、冲孔、整形、侧翻边→修边、冲孔、侧冲孔、整形、侧整形、侧翻边，如图1所示，受冲压设备及制件结构限制，工序内容密集导致模具结构复杂。

1.2 外观缺陷分析

翼子板是整车外观匹配最多的零件，同时与多个零件（机盖、大灯、保险杠、车门、侧外板等）存在搭接关系，目前翼子板与前大灯、前保险杠、机盖匹配而产生的间隙面差是影响整车品质的关键问题。因此对其外观面的质量及整体尺寸要求较高，翼子板结构的复杂程度决定了外观质量、整体尺寸控制的难度，成形翼子板的模具设计开发过程主要围绕制件外观品质及外轮廓搭接尺寸整改开展。

图1 翼子板成形工艺方案

结合以往车型翼子板Audit评审缺陷报告，对翼子板在模具调试及车型量产后产生的缺陷问题进行了总结分类，并梳理6个典型外观质量问题，如图2所示，具体问题如表1所示。这些缺陷会在油石检测时出现或整车Audit评审时被提出，对整车外观品质、视觉效果存在较大影响，同时这些缺陷制约着企业成本控制及车型量产周期。

图2 翼子板缺陷

2 精细化模面技术在翼子板模具上的应用

精细化模面技术是理论与实践结合的产物，通过强压、避空及各种型面补偿的方式，综合CAE理论分析结果、制件外观品质及图纸技术要求、前期车型零件应规避问题清单等方面，以制件原始数据为基础对模具零件型面进行补偿的技术。该技术可获得优良的制件与型面间隙符合度，减少加工及钳工研合时间，降低人工对模具零件型面重复研配的劳动强度，快速提升首次合模质检合格率，减少型面研配周期，最大程度保留了原始加工面的精度，缩短模具制造周期的同时提升制件成形品质。精细化模面技术可应用于制件成形的全工序，现以翼子板拉深模的几种精细化处理方式进行阐述。

表1 图2中6个外观质量问题

2.1 削面与削角处理

图2中缺陷①、②、⑥处位置在工艺设计时为防止后工序因整形产生外观棱线不顺、型面起皱等缺陷，常规处理方法是不对该位置R角进行过拉深处理。该位置为尖角，成形后由于应力释放易造成R角翘起（三角位凹坑），通过油石检测，该位置会产生局部凹陷，影响车身外观品质。为了消除此处凹陷，需在拉深工序对凸模局部型面进行削面或削角处理。削角或削面处理方式如图3所示，削角处理时三角形两邻边长度一致，一般控制在30～50 mm，凸模型面向下平移0.05 mm即为削角处理的补偿值。削面处理时需提取该位置片体边界合并，将边界线进行光顺处理，然后向内偏置30 mm为削面处理的宽度，将此位置凸模型面向下偏置0.05 mm作为削面的距离，最大不能超过0.07 mm。削角或削面处理时需避免搭接面处的曲率梳出现断开等影响成形制件外观质量的缺陷，确保处理后的面品质量达A级曲面要求。

图3 削角与削面处理

2.2 过拱处理

翼子板轮眉位置成形后由于应力释放易翘起，Audit外观评审推油石检测易出现断线，如图2中缺陷④所示。为了消除此缺陷，将该位置进行过拱处理，处理方式为提取凸模轮眉面中心线及边界线，将中心线偏置0.2 mm作为过拱数值，如图4所示，该位置为外观A面，处理后需进行曲率梳检查，确保曲率梳正确。

2.3 强压处理

图4 过拱处理

拉深过程中材料流动会出现减薄现象，产生开裂或缩颈等缺陷，同理因材料流动不均，制件局部造型复杂位置会产生凸包、凹陷等外观缺陷，为解决这些问题，凸、凹模型面之间设置较小的间隙进行强压，凹模间隙的变化即为强压处理，如图5所示。不同区域进行0.05～0.10 mm的强压间隙，在强压面偏置处理时，强压区域与非强压区域采用光顺均匀过渡，确保处理后的型面质量达到A级曲面要求。通过强压处理确保重要区域及容易产生表面质量缺陷的区域在研合时着色状态最重，提高研合效率保证表面质量且提升钳工工作效率。

2.4 避空处理

由于数控加工及刀具的原因，加工完成的下模凹R角可能与上模凸R角造成干涉，给钳工研合造成较大的工作量，同时针对工艺补充区域对模具零件尺寸及制件成形无影响的情况下，对以上区域进行避空处理，如图5所示，此处理方式可减少型面研配工作量，缩短调试周期，提高研合效率的同时减少加工资源的浪费。

图5 强压与避空处理

2.5 研合补偿处理

凹模在压力机高压力工作情况下，由于上下模均是腔体形状，上模在压力机提供的巨大压力作用下，其中间与凸模相互作用，导致压力机滑块产生轻微弯曲变形，带动凹模的两端发生变形，造成中间空洞，研配时导致局部位置不着色，其产生的变形量约0.2～0.5 mm。借助现有技术条件，将翼子板拉深模的3D数据导入有限元分析软件（Ansys），根据实际生产压力进行分析得到具体数据如图6所示，通过分析及经验对比，确定按图7所示方案进行研合补偿，通过此补偿处理，可减少钳工的劳动强度，提高研合效率。

图6 有限元分析结果

2.6 压料面精细化处理

压料面精细化主要是针对压边圈的管理面及非管理面进行处理，提高压料面的研合效率及蓝丹着色率，如图8所示，对压边圈管理面A处实施0.05 mm的强压，B处非管理面使用原始片体宽60 mm，C处拉深筋按常规方式处理，E处过渡面宽50 mm，F处背空0.2 mm。

图7 研合补偿处理

图8 压料面精细化处理

3 翼子板精细化模面技术验证

3.1 型面研合验证

拉深工序型面加工完成后，初始研合主要采用砂轮或角磨机等工具进行清根、去干涉，打磨完后使用粗油石对型面进行初步抛光，然后进行研合验证。根据研合效果，再通过推油石的方式进行精细研配，确保精细研配后的型面强压区及背空区符合精细化模面设计要求，精细化研合后的蓝丹着色如图9所示。

3.2 外观质量检查验证

按上述蓝丹验证后的模具在压力机上成形制件验证，通过油石检测发现图2中提到的6种缺陷得到较好控制，制件表面质量改善较好，如图10所示，满足整车外观品质要求。

图9 凸模与凹模及压边圈着色状态

图10 翼子板外观质量验证

4 结束语

精细化模面技术通过以上型面补偿方式，可有效减少钳工对模具零件型面的处理，提升模具调试精度与制件表面质量及尺寸精度，确保制件成形质量，缩短模具开发周期。此技术目前已成为汽车覆盖件模具开发的核心技术，结合前期对制件质量风险的评估，通过该技术的实施在模具开发周期、成本控制及制件表面质量控制上均存在优势。