某车型侧围D柱下角板冲压成型问题浅析

李奔全　郭幼清　谭超河

摘 要：采用AUTOFORM软件对某车型侧围D柱下角板数模进行成型性有限元分析，预测出3处起皱或开裂风险。为解决D柱下角板成型问题，通过对D柱下角板成型工艺特点进行分析，并结合理论知识对造成D柱下角板成型不良的原因进行了详细研究;根据分析结果，通过优化产品结构，改善工艺结构，优化料片，使D柱下角板在成型过程中材料流动得到改善，提高产品的工艺性;通过CAE模拟再次进行分析验证，D柱下角板的起皱变量和减薄率均得到明显改善，通过现场调试优化，使D柱3种成型问题得到了解决。

关键词：D柱下角板 起皱 开裂 成型结构 料片 起皱变量 减薄率

1 引言

侧围D柱下角板在车身中属于结构件，属于侧围总成零件，其所处搭接位置起到承上启下的作用。由于四周都有匹配搭接，造型比较复杂，属于成型难度较大的重要零件，本文简要介绍了本公司某车型D柱下角板在开发过程中出现的问题，为后续D柱下角板的开发提供参考。

2 零件的工艺分析及成型状况

2.1 成型工藝分析

在汽车车身结构件中，D柱下角板搭接区域如图1所示，零件具有造型较复杂，成型性和尺寸精度要求比较高等特点。本文侧围D柱下角板，材料采用B280VK，料厚1.6mm，零件的外型尺寸为405mmx391mmx111mm，左右件合模的成形方式，采用手工线生产。

D柱下角板的造型极大程度上决定了冲压成型方案，在产品数模前期，为保证零件成型质量和尺寸要求，对D柱下角板进行成型工艺分析，因左右件对称，采用了左右件合拼的成型方式。其OP10成型结构采用常规压料+直翻边形式（图2），料片直接选用CAE展料料片（图3），模拟分析完成后成型极限如图4所示，结合零件变薄分析，成型模拟结果见图5，有1处开裂风险较大，其减薄率达到34%，开裂风险极高。通过成型和起皱分析，图6所示位置2和位置3，在成型后这两处起皱变量为0.303和0.217，结合成型过程（图7）以及起皱准则判定（结构件起皱值要小于0.08），该两处在成型过程中处于严重起皱的状态。

2.2 问题分析

针对D下角板3处位置存在的问题，结合制件自身的造型，对造成各处问题的原因分析如下。位置1处的减薄率过高主要原因是由于料片该处为缺口，根据缺口敏感性和应力分析（图8），该处容易产生应力集中点，在翻边过程中局部材料产生压缩失稳，易于直边产生开裂现象。而针对位置2和位置3处出现的起皱现象，起皱分析显示在成型翻边结束前11mm时，该处已经出现了严重起皱的现象，此处造型在X向和Y向都是内凹，翻边料片又是出于自由状态，容易造成该处材料流入较多，而且此时翻边刀块和凸模之间的间隙也还没有贴合接触，导致这两处位置产生起皱。

3 优化方案

3.1 开裂优化

通过开裂问题分析结果，对于料片缺口应力集中导致产品局部开裂现象，料片做如下改善。将料片局部缺口进行补料，改顺此处线条，消除缺口带来的应力集中而失稳的影响，采用冲孔工序再进行局部修边的工艺，剪掉补充的材料，以保证产品边界尺寸，优化料片和局部修边后，减薄率降到9.6%，满足开裂减薄率要求（减薄率要求18%以下），开裂问题解决。

3.2 起皱优化

通过起皱问题分析结果，对于产品造型引起的起皱位置，通过优化成型结构采用夹料翻边来控制走料。采用图11所示的成型结构，在下模增加夹料板，成型时在压料板压住板料后，上模翻边刀块与夹料板接触，然后一起夹住翻边料片往成形，在此过程中通过夹料力控制材料流入，对材料自由端进行约束，抑制了材料的失稳。由于夹料翻边造成的产品局部边界不稳定现象，可在后序冲孔工序增加局部切边解决（见图12）。成型过程如图13所示，整个过程中无起鼓褶皱出现，起皱效果明显改善，起皱变量由0.303降低到0.03。

实际制造生产使用此工艺，最终产品局部无起皱现象，成型质量满足要求如图14所示。

4 结语

侧围D柱下角板是车身结构件中关键部件之一，其几何形状比较复杂，成型困难。通过传统成型工艺分析和改进后工艺进行分析，得出以下结论。

（1）采用传统成型工艺方法，在翻边过程中D柱下角板局部区域产生起皱缺陷，同时减薄率偏高，开裂风险极高，产品无法满足质量要求。

（2）通过优化料片缺口，消除缺口应力集中的问题，这样可以减小减薄率，解决了局部开裂问题。通过采用夹料翻边工艺，优化了材料流动，解决了局部起皱问题，后续通过在冲孔序增加局部修边工艺，保证了产品边界尺寸，产品成型质量满足要求，对此类零件的冲压工艺设计和质量优化具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]王孝培.冲压手册[M].机械工业出版社.1998.

[2]田嘉生.冲模设计基础[M]北京航空工业出版社.1994.

[3]蔡珣.材料科学与工程基础[M].上海交通大学出版社，2010.

[4]扬玉英.大型薄板成型技术[M].北京国防工业出版社.1996.

[5]向小琴，喻涛.锻造工艺对钢中组织偏析的改善[J].锻压技术，2014.

[6]田野，吕明达，黄余平.汽车前门加强板冲压工艺参数优化[J].锻压技术，2014.

[7]霍中雪，高锦张，贾俐俐.轴类零件冷镦成形的预成形工步设计及优化[J].锻压技术，2012.