某车型后门槛加强板冲压起皱问题分析及优化

谭超河，李兵文，唐全敏

（柳州沪信汽车科技有限公司，广西 柳州 545007）

0 引 言

后门槛加强板在车身结构中属于内部结构件，位于侧围门框三角区域，匹配位置和焊点较多，对侧围整体结构的刚性也有重要的影响，因此其尺寸精度和表面质量有较高的要求。现基于后门槛加强板在车身结构位置的局限性，在无法更改零件结构的前提下，对冲压工艺、模具结构、压力机精度等因素进行深入剖析，采用合理的改进方式，消除零件起皱缺陷，提升零件成形质量。

1 后门槛加强板结构及起皱部位

图1所示为某车型后门槛加强板结构，整体形态趋近于三角形，靠门框的侧壁和法兰面受侧围造型限制设计成与门框圆弧相似的形状。整车中后轮罩外板、前护板、门槛外加强板、门槛外加强板支架等中大型结构件均与其搭接，焊点遍布四周翻边法兰及内部面。按照零件尺寸公差要求，搭接面公差为±0.5 mm，且表面不允许存在褶皱。

后门槛加强板起皱位置如图2所示，对应图1中方框处。该位置处于后门槛加强板内表面搭接区域，对应于侧壁弧面切线交点附近，现场零件起皱特征状态明显，经现场多轮调试起皱问题未得到改善。

图1 后门槛加强板造型结构

图2 起皱位置

2 后门槛加强板起皱分析及优化

2.1 前期工艺分析

后门槛加强板为乘用车型的结构关键控制件之一，材料选用高强钢HC340/590DP，料厚为1.4 mm，外形尺寸为493 mm×440 mm×89 mm。在零件设计前期，考虑模具开发的经济性，采用冲压工艺生产，整体工艺为落料冲孔、成形翻边、冲孔和侧冲孔，如图3所示。工艺较为简单，零件基准面没有较多的拉深。零件呈倒“几”字成形，先下翻边再上翻成形2个法兰。

采用AutoForm R7.0软件并结合设定工艺对零件进行有限元模拟分析，推算最大成形力。分析结果如图4所示，零件成形到底前10、5 mm及到底状态均未出现图2所示的起皱现象，结合起皱准则和变量分析，起皱变量为0，如图5所示，没有起皱风险。

图4 零件到底过程状态

图5 起皱变量无异常

2.2 模具结构设计分析

后门槛加强板模具上压料结构如图6所示，选用型号X075-50的氮气缸，压料行程为37 mm，共使用6个氮气缸，单个氮气缸的压料力为10.6 kN，计算总上压料力为63.6 kN。模具下压料结构如图7所示，选用型号X1500-75的氮气缸，压料行程为64 mm，共使用6个氮气缸，单个氮气缸的压料力为22.8 kN，计算总下压料力为136.8 kN。使用该压料机构进行模拟分析，结果如图8所示，零件成形到底前5 mm出现起皱。

图6 上压料结构

图7 下压料结构

图8 零件成形到底前5 mm起皱

2.3 压料力设计理论分析

通过产品说明书中得知该氮气弹簧为符合弹力原理，压料力计算如下：

其中，L为冲裁长度，mm；t为板料厚度，mm；θ为材料的抗拉强度，MPa；K为冲压系数。

零件材料为高强钢HC340/590DP，料厚为1.4 mm，经过计算得出下翻边压料力理论值约56 kN，上翻边压料力理论值约172 kN（零件为倒“几”字方向成形，下翻边用的是上压料力，上翻边用的是下压料力）。

3 模具结构分析及优化

结合冲压工艺特点、理论知识和现场模具结构进行分析，发现前期工艺分析时使用的压料力是AutoForm软件系统默认计算的最大压料力300 kN，压料力为恒力且偏大。实际模具结构设计使用的是氮气弹簧，压料力呈现指数分布，最大压料力为136.8 kN，而理论计算中该后门槛加强板上翻边所需压料力约172 kN。由此可见，模具实际压料力未达到理论所需值，需要对模具结构进行优化以增加压料力。

经过与模具设计工程师讨论，同时考虑经济性原则，下翻边理论压料力与实际差异仅7.6 kN，可以保留现状；上翻边压料力与理论差异较大，相差35.2 kN，且上翻边压料力为该零件的主要成形力，所以需要在现有结构的基础上将下压料机构增加3个氮气缸，使下压料力为205.2 kN≥172 kN。经模拟分析，优化后零件成形到底前5 mm的状态如图9所示，未出现起皱现象，起皱变量＜0.03 mm（结构件起皱变量分析预测判断标准在0.03 mm以内）。模具整改后生产的零件实物如图10所示，起皱状态消失，表面质量达到预期要求。

图9 优化后零件起皱变量

图10 零件实物

4 结束语

从冲压工艺、模具结构及相关理论等方面剖析后门槛加强板起皱问题，其原因为模具结构设计的压料力与前期工艺分析具有差异，提出并实施了整改方案，下压料机构增加3个氮气缸，使下压料力达到理论所需值。这说明了在模具结构设计中验证压料力的必要性，能缩短后期模具调试周期。