一汽-大众汽车：侧围外板批量生产模具优化方法

1 侧围外板批量生产中常见问题及影响

1.1　板料表面粗糙度变化

由于不同批次钢板在轧制过程中工艺条件存在差异，实际生产过程中不同批次的板料表面粗糙度差异较大，2个批次板料的表面粗糙度测量如图1所示，A板料表面粗糙度值对比B板料表面粗糙度值平均提高0.3μm。当A板料切换为B板料时，摩擦系数降低，有助于拉深成形材料流动，流动阻力变小；反之当B板料切换为A板料时，则流动阻力变大。

1.2　板料力学性能变化

不同批次板料由于材料成分、热处理、轧制工艺环境等差异，板料性能也会存在较大变化。对于侧围外板等拉深类零件，厚向异性指数R（单向拉伸试样宽度应变和厚度应变之比）影响较大。R值越大，板料越不易在厚度方向上产生变形，即不易变薄或增厚。侧围外板拉深深度较深，尤其在四周、门槛、A柱、门洞、C柱等区域。以C柱为例，切向上处于压缩变形，深度方向上处于拉伸变形。当R值较大时，板料容易在宽度方向发生变形，会减小起皱的可能性，但板料拉深处厚度不易变薄，也不易出现裂纹，有助于提高侧围外板拉深变形程度。

某车型侧围外板板料厚向异性指数R值要求在2.1以上，而实际板料R值在2.2~3.1波动，对生产造成较大的困扰，尤其是临近最低值时，成形过程中容易产生裂纹。

1.3　成形温度变化

侧围外板尺寸大且拉深深度较深，在生产过程中的摩擦会产生较多热量，使模具温度快速提升。分析该侧围外板生产过程中的温度提升结果，模具在刚开始生产时温度等于室温，约20℃，以12次/min的节拍连续生产300件后，模具温度上升至60℃以上。由于热胀冷缩的作用，模具压料间隙随之变小，导致板料成形流动阻力增大，零件容易出现颈缩、裂纹等缺陷。

1.4　板料润滑的变化

侧围外板在生产过程中板料需要涂油处理，以增大润滑，获得良好的摩擦系数。然而，由于受油品黏度以及涂油设备差异的影响，板料的涂油量也存在较大变化。涂油量过高，成形过程中板料运动阻力过低，材料不受控制在模具零件表面上自由运动，切向上压缩失稳，易产生起皱；涂油量过低，运动阻力过大，会迫使金属板料在拉深方向失稳，板料减薄，易出现裂纹。

2　批量生产模具优化方法

2.1　压边力调整

板料成形过程中的压边力主要来自压力机下气垫压力，下气垫压力传递到模具下压边圈与上模形成压边力。调节压边力是优化批量生产侧围外板最先实施的方法，可通过调整设备下气垫气缸的压力与增减模具压边圈上的平衡块实现。该方法主要调整整体的压力或大面积的压力，对于局部复杂的型面，该方法起到的效果有限。

以该侧围外板为例，通过调整压边力，零件受单项拉深成形的区域质量缺陷有所好转，但侧围外板C柱（见图2）和B柱（见图3）型面波浪处在多向拉深变形区，压力影响不足，波浪未消失，且棱线滑移缺陷加重。因此，对于该零件，拉深内外压料力整体调整不能完全解决成形缺陷，还要调整局部成形流动阻力的平衡性，如调整拉深筋和优化压料面。

2.2　拉深筋调整

在生产过程中，有时会遇到因厚向异性指数R值降低而导致颈缩或开裂，但此时压边力较小，无法再减小压边力。利用AutoForm对该侧围外板C柱进行拉深模拟分析，在原模拟分析条件下，R值由2.1降至2.0，得到的分析结果如图4所示。

由图4可知，R值降低后C柱模拟分析开裂，这是由于拉深筋已经使成形性达到极限，板料R值略降低就会开裂。在压边力无法减小的情况下，考虑降低拉深筋高度以增大压边力，增加成形裕度。该侧围外板C柱拉深筋由原来4.5mm降低至3mm后，收料线（拉深成形后的零件轮廓线）变短，开裂风险降低，但此时有起皱缺陷，同时滑移线超过2mm，目视效果不佳。通过增加压边力控制材料流动，减轻零件起皱等缺陷，并使棱线处滑移线恢复，如图5所示，调整后滑移线为0.4mm，不影响目视效果。此时若R值波动，则可通过调整压边力来解决，如R值降低时可减少压边力，反之增大压边力。

2.3　压料面优化

批量跟踪该侧围外板生产，拉深模加热至65℃时，侧围外板C柱棱线向外滑移，调整压料限位垫片加高0.10mm后，压料间隙加大，进料阻力减小，棱线滑移恢复。因此，热模状态下压料间隙变化值在0.10mm左右。此区域为单圆筋拉深压料面，以圆筋为分界线，压料功能区分为筋内侧管理面（宽度20mm）和筋外侧压料面（宽度180mm），如图6所示。由于筋外侧压料的压料面积大于筋内侧管理面的压料面积，批量生产时模具温度变化后，外压料区域压料间隙变小0.10mm，且此区域经常出现压料硬点，阻碍板料流动，模具下线后研修压料硬点之后才可进行生产。

为提高拉深模生产的稳定性，拉深模压边圈在保证板料流入不起皱的情况下，将压料面分3个区（见图7）：管理面强压区、筋外侧20mm压料区和超出压料区20mm以外过渡空开区。

该侧围外板料厚为0.7mm，调整各区压料间隙如表1所示。当模具温度升高时，过渡空开区间隙变小，不会突然对板料流动造成影响。经批量验证，该侧围外板采取不等厚压边后生产稳定，C柱和B柱质量较好，如图8和图9所示。

2.4　板料涂油量监控

通过对该侧围外板生产验证，板料涂油量变化对侧围外板C柱缺陷影响如下。

（1）板料油膜厚度低于0.5g/m2时，摩擦阻力加大，板料成形时流入过少，侧围外板门洞内出现开裂现象，C柱主棱线滑移加重。

（2）板料油膜厚度超过2.0g/m2时，模具易出现积油现象，摩擦阻力加剧减小，板料成形流入过多，侧围外板C柱波浪加重。

由此制定电镀锌板料涂油监控标准：①确定板料涂油监控位置；②确定板料涂油量控制范围为0.7~1.8g/m2；③每生产班次进行测量油膜厚度；④每2周进行油品黏度测量，控制在6.0cst附近。

3　结束语

针对侧围外板批量生产中板料表面粗糙度变化，可通过调整压边力进行优化，该方法对于单项拉深成形的区域质量缺陷较为有效，但对多向拉深变形区（如C柱、B柱）效果不佳。C柱和B柱可通过模拟分析，调整拉深筋高度进行优化。同时，对于板料温度变化导致的生产不稳定，可通过不等厚压料间隙控制解决，将拉深筋20mm外空开1.1倍料厚。对于板料油膜变化，通过现场经验数据积累，制定涂油监控标准。以上方法相互影响，可根据不同的原因和具体情况选择，多种方法共同使用。

▍原文作者:金德哲， 孙明东， 冯国卫， 孙为朋， 陈伟华

▍作者单位：一汽-大众汽车有限公司