1 现状描述
图1所示为某SUV车型的侧围外板，其冲压成形工艺：OP10拉深；OP20门洞整形+门洞局部和外圈切边；OP30A柱上边梁侧整形+门槛整形+局部修边；OP40A柱前挡玻璃侧整形+D柱侧整形+后保尾灯整形翻边；OP50D柱局部侧翻边+局部修边+冲孔。
图1 侧围外板
在冲模调试生产过程中，用800#细油石检查A面（外观面）表面质量，在D柱区域尾部存在起皱，如图2（a）所示，通过现场经验判断为D柱区域板料流入过快造成A面成形不充分，现场通过撤除该区域压边圈上4处平衡块垫片的方式，以减小压料面间隙来增加进料阻力，减少板料流入量而解决A面起皱问题，但是连续生产250件左右时，D柱侧壁出现开裂（包括暗裂），如图2（b）所示，恢复上述4处平衡块垫片后，开裂消除，A面又出现了起皱。通过反复调试验证，均无法实现A面起皱和侧壁开裂的平衡，开裂和起皱交替出现，生产稳定性差，无法满足量产要求。
图2侧围D柱区域起皱与开裂
2 原因分析
2.1 A面起皱原因分析
拉深成形起皱的形成原因：在拉深成形过程中，板料流动不畅或不平衡，板料出现挤压，在最终成形过程中无法完全展平，即体现为起皱。通过对该侧围外板造型进行分析和现场调试验证，起皱产生的主要原因：起皱位置处于零件造型复杂马鞍型面处，如图3所示，在拉深成形过程中，局部区域易产生板料聚集，在聚集区域形成起皱，最终成形到底后，不能完全消除，体现为起皱、不平顺。现场验证拉深成形到底前10 mm状态，板料已明显起皱，如图4所示，最终体现为A面上的缺陷。
图3 侧围外板D柱区域起皱位置
图4 成形到底前10 mm
复盘零件前期仿真分析状态，未见明显起皱，如图5所示，未能识别上述问题，在工艺设计时没有采取相应的对策，导致该问题在模具调试阶段才显现，给模具现场调试增加了难度。
图5前期仿真分析状态
2.2 侧壁开裂原因分析
通过对拉深工艺进行复盘，发现开裂位置在前期CAE分析中为开裂高风险区，板料减薄率达到21.7%，如图6（a）所示，同时该位置的失效系数也达到0.792，如图6（b）所示，而在SE分析标准中减薄率超过20%和失效系数达到0.7都被视为开裂。由此可见，该区域成形开裂风险高，安全裕度不足，即使在前期调试中，小批量生产无开裂，但是在大批量生产中易出现变异，稳定性不足。
图6开裂位置CAE分析
对此处拉深成形工艺进行复盘，如图7所示，发现影响该位置开裂的原因主要有：①D柱开裂区域侧壁拔模角只有3°，而在冲压成形过程中拔模角越小，开裂风险越大，拔模角是影响侧壁开裂的关键因素；②侧壁下圆角为R18 mm，下部工艺补充台阶较高，且外侧材料流动圆角为R8 mm，这2处圆角偏小和工艺补充台阶较高会加大成形过程材料流动阻力，同时此状态整个零件工艺线长较长，对拉深材料流入需求增加，与侧壁开裂正相关。
图7 开裂位置工艺状态
通过上述分析可知，开裂与起皱交替出现的原因：在调试和量产过程中，为了解决零件造型引起的A面起皱问题，通过降低平衡块来调小D柱区域压料面间隙以增加板料流动阻力，减小板料流入量，但是压料面间隙过小，量产过程中模具零件和板料摩擦力会增大，发热加快，压料面受热膨胀，导致压料面间隙越来越小，板料流动阻力越来越大，当达到板料屈服强度极限值时，即出现开裂。
3 解决措施
因零件造型不能进行优化，整改措施只能从工艺和模具方面考虑，在满足A面不起皱的情况下，解决侧壁的开裂问题，以满足批量生产需求。
（1）优化工艺补充，提升开裂成形裕度。上述已分析了影响开裂的2个主要因素，其中拔模角偏小是工艺设计阶段为了解决最终零件侧壁翻边面起皱问题而设计，已无优化空间，因此整改措施主要针对侧壁下圆角（见图8中位置1）和工艺补充凸台及圆角（见图8中位置2）开展，优化目标是减小侧壁开裂位置的外侧板料流动阻力和工艺补充的整体线长，以减少该位置对板料的需求，提高成形开裂的安全裕度。
图8拉深圆角测量状态
模具整改措施：①位置1对应处放大上模成形圆角，打磨放大至R20 mm，圆角修顺后用油石和砂纸抛光，以降低表面粗糙度值，减小板料流动阻力，如图9（a）所示；②打磨位置2对应的凸模工艺补充台阶，工艺补充台阶面打磨 1~1.5 mm，如图9（b）所示；③打磨位置2处对应的凸模圆角，放大至R10 mm，如图9（c）所示。
图9打磨修整区域
（2）提高拉深筋控料阻力，加大压料面间隙。在汽车覆盖件拉深成形中，拉深筋和压料面间隙对控制板料流动速度、确保零件成形质量有重要作用。对于深拉深和板料流入量较大的零件，为确保生产的稳定性，减小因生产过程中模具发热而造成零件开裂等潜在风险，在工艺设计时控料阻力应以拉深筋为主。
拉深筋主要有圆筋、方筋和拉深槛3种形式，对于整体侧围外板这种深拉深、板料流入量较大的零件，拉深筋一般采用圆筋形式，侧围外板拉深筋设计形式如图10所示，参数如表1所示，t表示板料厚度。
图10 拉深筋形式
表1 拉深筋设计参数 ( mm )
拉深筋控料阻力主要取决的参数：R越大、C越大、H越小、W越大，控料阻力越小，反之控料阻力越大。通过对现场模具侧围外板D柱区域拉深筋各参数进行测量检查发现，D柱区域的凹筋流入流出圆角（拉深槽圆角）实测数据在R4.5~6 mm，局部达到R8 mm，如图11所示，大于设计标准值，同步确认拉深筋其余参数，均符合标准要求，可见圆角R偏大而导致拉深筋控料阻力不足，只通过调小压料面间隙来增加控料阻力，最终会造成生产过程中零件的开裂。
图11 实际圆角大小
为了增加拉深筋的控料阻力，并将压料面间隙调整到合理范围，制定整改措施：①对D柱区域压边圈拉深槽进行补焊，拉深槽圆角按照R3~4 mm控制，修整推光至确保补焊后的压料面过渡平顺，无台阶，且上压力机研配间隙至合理状态；②重新调整D柱区域平衡块着色状态，在整体控料阻力保证A面不起皱的情况下，该区域平衡块整体增加0.1 mm垫片，调整至强着色状态，以加大压料面间隙。压料面整改后状态如图12所示。
图12压料面整改状态
（3）消除压料面硬点，降低粗糙度值。压料面间隙不均匀，在生产过程中，容易出现硬点，甚至出现烧结拉毛，进料阻力会增大，加剧零件开裂风险。跟踪检查该侧围外板D柱区域压料面状态，发现存在多处硬点，如图13（a）所示，甚至局部有烧结拉穿板料的情况，如图13（b）所示。
图13D柱区域压料面硬点状态
制定整改措施：①在正常生产的气垫压力下，板料刷蓝丹，在压力机上动态研配，去除压料面硬点；②在常压状态下去硬点后，为了应对批量生产时压力机的压力波动，提高成形安全裕度，把正常生产的气垫压力上调20%后，继续研配压料面，动态去除硬点，使压料面间隙均匀；③对上、下模压料面用油石推光后再用抛光蜡抛光，降低压料面粗糙度值。
采用上述方案措施后，对侧围外板拉深模进行调试，成形零件无开裂、起皱，连续对6批次生产状态进行跟踪，每批次生产500件左右，也无起皱、开裂，如图14所示，生产状态稳定。
图14 整改后批量生产的零件
▍原文作者：陈功宝，霍会荣，王丽珠，黄必志，张春华
▍作者单位：上汽通用五菱汽车股份有限公司 技术中心
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