轿车前翼子板冲压件和冲模优化分析

前翼子板作为标志整车外表面件制造水平的冲压件，以其造型的复杂性、匹配的多重性、表面质量要求的严格性著称。那么，通过优化冲压生产方式、冲压成形方法、模具制造与调试等过程，达到整车的造型效果，成为了我们的重点目标。本文将对翼子板冲压件成形技术分析、模具优化技术、冲压件质量优化办法等内容做重点阐述。

造型特点、匹配和表面质量要求

翼子板处在整车目视效果最明显的位置，为了追求整车造型良好的视觉效果，在德系产品设计上，产品的三维过渡曲面、装饰锐棱等产品特征面线几乎到了接近成形极限的状态和锐度。翼子板在整车上的匹配面、基准面、检测面多，对匹配的间隙、平度、整车的结构尺寸和检测基准有很高的要求。前翼子板产品造型特点、匹配和表面质量要求如图1所示。

前翼子板冲压件成形技术分析

可制造性分析

在前翼子板产品数据优化阶段，为了确保制件具有稳定、可靠的工艺性和良好的匹配精度，充分满足产品的特性要求。需要对给出的产品数据做既符合产品特征也适合制造工艺与批量生产的数据检查，并协助产品设计人员优化产品数据，经过多轮的改进，形成可用的产品数据版本。




图1 前翼子板造型特点、匹配和表面质量要求

⑴前翼子板产品型面数据造型评价检查。用成形分析软件做产品表面光顺性检查及优化，重点检查三维曲面过渡区域的连续性，通过斑马图显示曲面过渡区域的变化状态。经过对产品型面数据表面的连续性检查及优化，达到型面光顺效果可以满足A面标准表面质量要求。

⑵前翼子板产品轮廓分缝数据评价检查。在满足产品造型特性的基础上，根据产品的造型特点，确定适合制造工艺性的产品轮廓分缝位置。

⑶前翼子板产品特征线和成形制造工艺性评价检查。用成形模拟软件，对产品特征线（锐棱）、形面成形区域、翻边整形区域等做成形性和制造工艺性分析检查和优化。对于无法完全消除的影响表面质量和尺寸精度的缺陷问题，提出理论分析缺陷风险报告。

拉延模拟分析

按材料数据库中的机械性能等数据，产品要求的板料纤维方向，工艺要求的板料轮廓，用模拟成形分析软件，做拉延成形模拟分析，检查产品数据与板料、成形性的匹配状态。

根据可参考类比车型翼子板的情况，取冲压基准点为：X=0、Y=-800、Z=350。冲压方向为沿X轴旋转-17°，沿Y轴旋转3°。在此冲压基准点和冲压方向上，板料放置在压边圈上的状态较好，触料状态均匀，拉延成形和压料力分布相对均匀，拉延深度变化小，全部拉延型面无负角且拔模斜度适中，有利于退件和后工序修边角度和后续放取件。特别是沿Y轴旋转3°，在保证其他状态良好的情况下，使锐棱滑移线最小。

工艺补充部分高度的选取，板料与拉延凸模的初始接触位置合理，板料成形顺畅无积料和尖点，对制件拉延成形有利，同时，不会有影响制件表面质量的缺陷。成形过程中各阶段拉延状态如图2所示。

⑴使板料的塑性变形充分，制件回弹变形小。在保证制件具有足够刚性的同时，也使拉延过程产生的冲击线控制在修边轮廓以外的工艺补充部分，滑移线控制在最小范围内，保证前盖下安装及检测面形状部分位于凸模上，保证其尺寸精度和表面质量，在工艺补充上加大了拉延深度，并使压料面的形状与制件的接近，拉延深度相对均匀。

为了保证制件在月牙区域、A柱上角部区域、大灯灯口区域、轮罩区域等处的塑性变形充分及可调整性，在该区域的工艺补充面上设置了进料台阶和工艺凸包。工艺补充形状如图3所示。



图2 成形过程中各阶段拉延状态



图3 工艺补充形状

根据产品的轮廓形状和后续修边工序的修边轮廓，并考虑后续工序对工艺补充的要求，确定拉延凸模轮廓及修边位置。保证制件的外表面形状和主要匹配面等包含在凸模轮廓范围内，并具有良好的表面质量和尺寸精度。

⑵适应压料面的形状，保证压料的可靠性，板料在拉延前的初始状态呈预弯状态，已接近压料面的形状。为了有利于后续的翻边工序，减少翻边对制件表面质量的影响，在翻边的轮廓位置上做了预翻边（过拉延）设计。拉延件可以在后续的修边工序模具中实现稳定可靠的定位，在拉延工艺补充面四周制件边缘上，冲翻出4个月牙形状的定位面。

⑶成形性评估分析结果检查。根据拉延模拟成形性FLD极限图中成形限制曲线安全区范围，材料变厚可接受范围，材料过渡变薄可分析范围，材料拉伸不足显示范围等，产品数据结构的工艺性基本合理，虽然局部形状存在破裂可能，但能够保证拉延及后工序冲压工艺的可行性。成形性评估分析结果检查如图4所示。



图4 成形性评估分析结果检查

⑷主/次应变评估分析结果检查。根据拉延模拟的主/次应变在制件成形区域的分布和变化情况显示，虽然由于制件在工艺补充部分设置的进料台阶和工艺凸包，反映在工艺补充部分和制件表面形状的主/次应变变形分布有些差异，但这对制件成形充分性、制件刚性、制件表面质量都是有利的，也是可以接受的。

⑸产品滑移线评估分析结果检查。根据拉延模拟在成形区域滑移状态分析显示结果，由于锐棱的圆弧半径很小，在锐棱成形区域的锐棱滑移线超过了锐棱圆弧区域，特别是上、中2条装饰棱线和轮罩成形装饰棱线的滑移线比较宽，存在对制件表面质量影响的隐患。待后期在模具调试优化中处理。产品滑移线评估分析如图5所示。




图5 产品滑移线评估分析

⑹板料料厚变化、变薄率变化和板料起皱分析结果检查。根据拉延模拟对制件板料料厚变化、变薄率变化和板料起皱的分析，其板料的变化范围在允许的界限内，变化分布与工艺补充部分和成形部分的设计趋势基本一致，虽然个别点出现接近极限值，有出现缩颈、开裂的可能，但可以通过调整实际模具解决。

⑺位移边界条件指标检查。根据拉延模拟对制件边缘位移边界的变化情况检查，为板料轮廓形状、尺寸和拉延筋等的设置做出了趋势判断。沿凸模四周轮廓，在保证足够压料宽度的条件下，设置一条拉延筋，同时，为了控制和调整轮罩区域、月牙区域、A柱区域的进料阻力，该区域加设了第二条局部拉延筋。为了保证制件批量生产的稳定性，在拉延件上，必须保留一条拉延筋宽度占2/3以上。在这种条件下，设置出板料的最小轮廓尺寸，位移边界条件如图6所示。



图6 位移边界条件

⑻最终分析结果检查。经CAE分析表明，产品本身结构的工艺性基本合理，但局部形状存在破裂可能，调试过程中依赖于型面光洁度及局部圆角的修正，拉延工序制件的工艺补充部分成形工艺合理，能够保证该件的产品质量要求，保证拉延及后工序冲压工艺的可行性，因此该制件及工艺补充部分可作为制造依据应用于现生产。

生产方式、方法图与模具结构分析

为了适应产品在全自动化冲压生产线上的生产方式，对于产品中为匹配而必须产生的负角造型，要通过模具上大量采用旋转斜楔、伸缩斜楔等机构来实现成形、修冲、整形等工序内容。这对模具制造中，方法图和模具结构设计、机械加工精度、匹配型面精研配能力、模具装配和调整能力等方面提出了更高的要求。

生产方式

为了提高产能，充分利用模具资源，目前通常采用一模双件的冲压生产方式。即左/右翼子板件做在同一套模具中，每道工序的一个冲程，就可以同时完成左/右翼子板的工序内容。需要在设备配置、模具结构设计、模具制造与调试等环节给予充分的考虑。一模双件示意图如图7所示。

方法图设计

经过分析前翼子板产品数据，并与可比产品做类比后，得出必须通过6道工序实现产品特征形状和尺寸。

与前大灯、前盖、前门、侧围等匹配区域及前轮罩小于90°翻边区域形状，需要在翻边整形模具中用旋转斜楔、伸缩斜楔等机构来实现成形。

与前盖总成、前端总成等匹配面；前盖下部翼子板基准面；前门前部的翼子板基准面；前保险杠安装基准孔等需要在翻边整形模具中用斜楔等机构来实现。

由于旋转斜楔、伸缩斜楔等机构对压力机行程次数/分钟的限制性要求，故对整线生产节拍和生产线端拾器机械化运行轨迹有影响，同时注意对机械化干涉曲线运动轨迹的选取。

对前盖匹配和安装、基准区域；前门匹配区域和制件安装、基准区域；前保险杠匹配和安装、基准区域等做预回弹处理，以匹配区域的平度误差和安装、基准区域的尺寸偏差。

RPS面做强制整形镦死处理，以保证RPS面形状和尺寸精度。



图7 一模双件示意图

锐棱区域做拉延成形强压处理，以保证锐棱的锐度和表面质量。

参考可类比车型的经验，以全自动冲压生产线为基础，并考虑到冲压件生产能力、质量要求等，确定了翼子板自制件模具形式，即：左/右前翼子板为1组6道工序模具，采用一模双件的生产方式（2片板料）。

⑴OP10板料开卷剪切工序。

根据拉延模拟的板料轮廓形状，确定为梯形板料，在开卷剪切自动化生产线实现摆剪开卷剪切。板料轮廓形状和大小满足拉延后的标准要求（板料轮廓不能全部流入拉延筋内等要求）；满足成形模具的要求，满足安全要求（板料轮廓或废料不能有过尖的形状）；满足堆垛板料轮廓至少有两个方向的直边要求。

在冲压自动化生产线的拆垛单元中，左/右件板料分装在2个板料托盘中。为了便于冲压生产中，识别左/右件板料，将板料轮廓形状设置成等腰梯形。根据拉延模具工艺补充部分的形状和压料要求，检查板料在拉延模具中的姿势，特别注意需要呈预弯曲弧形等的姿势。

⑵成形工序及工序内容。

1)OP20拉延成形工序。

冲压基准点：X=0、Y=-800、Z=350。冲压方向：沿X轴旋转-17°，沿Y轴旋转3°。

结合工艺补充部分高度的选取，板料与拉延凸模的初始接触位置合理，板料成形顺畅无积料和尖点，对制件拉延成形有利，同时，不会有影响制件表面质量的缺陷。

在此冲压基准点和冲压方向上，拉延成形和压料力分布相对均匀，拉延深度变化小，全部拉延型面无负角且拔模斜度适中，制件易于从凹模中脱出，有利于退件和后工序修边工艺。

①压料力：120t，成形力：360t。拉延凸模轮廓能否全部包容制件的修边轮廓，且有利于下气垫托杆的位置和分布。

②在保证足够压料宽度的条件下，沿凸模沿周轮廓设置第一条拉延筋，同时，为了控制和调整轮罩区域、月牙区域、A柱区域的进料阻力，该区域加设了局部的第二条拉延筋。

③考虑到制件的结构，并参考其他可类比车型，为了补偿A柱上部区域因强度不足产生的回弹，在此区域作了预回弹处理。

④为了使板料的塑性变形充分，制件回弹变形小，保证制件具有足够的刚性，保证拉延过程产生的冲击线控制在修边轮廓以外的工艺补充部分，保证拉延过程产生的滑移线控制在最小范围内，工艺补充的型面加大了拉延深度，并使压料面的形状接近制件，拉延深度相对均匀。

⑤为保证制件的表面质量良好和尺寸稳定，制件表面形状采用一次拉延成形。

⑥为了能够使拉延件可以在后续的修边工序模具中实现稳定可靠的定位，在拉延工艺补充面中的4周制件边缘上，冲翻出4个月牙形状的定位面。

⑦为了能够便于目视检查拉延成形到位的状态，在工艺补充中接近水平面的、相距较远的、在修边后至少可以保留大半个标记的、A柱和前保险杠安装面位置，设置2个拉延到位标记。

⑧为了有利于后续的翻边工序，减少翻边对制件表面质量的影响，在垂直翻边的轮廓位置上做了预翻边设计。

2)OP30修边冲孔工序。

冲压基准点：X=0、Y=-800、Z=350。冲压方向：在YOZ面内绕X轴旋转-17°。

①制件用型面和4个冲翻月牙形状定位，定位稳定合理。

②根据制件修边轮廓的精度要求和修边工艺可行性，采用一次性完成沿周修边的工艺，但由于在前大灯区域、A柱上部区域、轮罩区域等部位对翻边高度的要求较严格，故需要在这些区域做修边轮廓试验决定。

③根据修边位置和角度，确定制件与前盖匹配区域的修边采用吊楔，其他沿周轮廓部分采用垂直修边的工艺方法。其吊楔与垂直修边接刀位置，设置在自前大灯尖角区域直边位置至A柱与侧围匹配的直边位置，且吊楔与垂直修边有3～5mm的过切。

④修边压料采用垂直压料的方式，区域为修边沿周20mm的型面。

⑤考虑到修边的质量、修边废料的滑落、地沟废料口的大小、凹模修边镶块的制造工艺性、修边模具结构和强度等合理性、凹模修边镶块的重量等因素，确定出凹模修边镶块的接合面位置。

⑥为了使OP40翻边整形工序制件在模具中定位稳定可靠，在轮罩处的工艺补充面上，冲制一个三角孔，用于OP40翻边整形工序制件在模具中精确定位。

3)OP40翻边整形修边工序。

冲压基准点：X=0、Y=-800、Z=350。冲压方向：在YOZ面内X轴0°。

①制件用型面、修边轮廓定位和三角孔精确定位，定位稳定合理。

②为了适应全自动化冲压生产线机械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，根据制件翻边位置和角度，并考虑模具结构的可靠性和安全性，确定制件沿周翻边整形的工艺方法：

a.在与前盖匹配区域采用可伸缩成形下模与吊楔完成完全翻边成形。并考虑到制件的翻边回弹变形，根据可类比其他车型，设置预回弹角度为3°。前端作为翻边过渡，至前大灯上部区域的预翻边；后端作为翻边过渡，至接近前风窗与前盖匹配短面区域的预翻边。对于预翻边与未翻边的过渡区域要过渡平缓，不影响表面质量。

b.在与侧围、前门、轮罩、前大灯下部匹配的区域做垂直预翻边，设置预回弹角度为3°。在与前门匹配区域上端的位置，是成形工序，即只在工作终了位置，该处的上下模才能达到一个材料厚度，中间过程均是大于料厚的状态。

c.在保险杠安装区域垂直翻边终成形并整形，设置预回弹角度为3°。

③翻边整形压料采用垂直压料的方式，区域为修边沿周20mm的型面。

④在完成工序件定位后，采用先修边再翻边的工艺顺序，去除三角形定位孔。

4)OP50翻边整形冲孔工序。

①冲压基准点：X=0、Y=-800、Z=350。冲压方向：在YOZ面内X轴0°。

②制件用型面和修边轮廓定位，定位稳定合理。

③为了达到产品的要求，使用吊楔对前大灯灯口做终翻边。

④在垂直方向对前保险杠安装面做整形处理。设置预回弹角度为3°，并压制出周标记。

⑤为了适应全自动化冲压生产线机械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在与前门匹配区域采用可伸缩成形下模与吊楔完成整形到位。并压制出产品标识和厂标。考虑到制件的翻边回弹变形，根据可类比其他车型，设置预回弹角度为3°。

⑥使用斜楔水平冲制轮罩翻边处的方孔。

⑦翻边整形冲孔压料采用垂直压料的方式，区域为修边沿周20mm型面。

5)OP60翻边整形冲孔工序。

①冲压基准点：X=0、Y=-800、Z=350。冲压方向：在YOZ面内X轴0°。

②制件用型面和修边轮廓定位，定位稳定合理。

③为了适应全自动化冲压生产线机械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在与前大灯上尖角区域，采用可伸缩成形下模与斜楔完成整形到位。

④为了适应全自动化冲压生产线机械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在A柱上端与侧围匹配面及两侧面翻边整形区域，采用旋转斜楔完成整形到位，设置预回弹角度为3°。

⑤为了适应全自动化冲压生产线机械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在轮罩翻边整形区域，采用旋转斜楔完成整形到位，设置预回弹角度为3°。

⑥下部与侧围匹配面，采用斜楔完成翻边整形。

⑦使用吊楔对前保险杠安装孔做冲孔。

⑧翻边整形冲孔压料采用垂直压料的方式，区域为修边沿周20mm型面。

6)OP70整形冲孔工序。

①冲压基准点：X=0、Y=-800、Z=350。冲压方向：在YOZ面内X轴0°。

②制件用型面和修边轮廓定位，定位稳定合理。

③为了适应全自动化冲压生产线机械化端拾器可以在垂直方向上放取件的需要，在与前大灯下尖角区域，采用旋转斜楔完成整形到位。

④使用斜楔冲制轮罩翻边处、与前盖匹配处、A柱区域、底部与侧围匹配处的安装孔。

⑤整形冲孔压料采用垂直压料的方式，区域为修边沿周20mm型面。

方法图模型检查分析

按标准制作拉延工艺模型和各工序标识，组织相关人员，根据各工序方法图检查项目，在模型上，直观地检查整体工艺方案的合理性并给出优化措施，做方法图的会签。方法图模型如图8所示。



图8 方法图模型

冲压件质量与模具优化技术分析

冲压件质量与模具优化的抱怨来源主要是冲压件、车身匹配、整车表面质量评审和尺寸测量的报告及讲评。一般情况下，根据制件上缺陷的严重程度与在整车、车身、AMB等影响程度，冲压件与模具优化的优先原则是，先整车后单件；先重后轻；先易后难。翼子板型面尺寸低的问题如图9所示。

问题描述及分析



图9 翼子板型面尺寸低的问题

问题描述：如图9所示，翼子板与前盖匹配的型面尺寸过低（-1.76mm～-0.27mm）。

不良影响：在整车匹配中，翼子板与前盖的平度和间隙匹配严重超差。

问题分析：

⑴由于该型面在Y方向是曲率半径比较大的凸弧型，拉延成形时，在Y方向承受的拉应力小，塑性变形不充分，在工艺补充部分去除后，由于回弹作用，造成该区域自两端至中部逐渐变差的尺寸状态（尖角和虎口处向X外向变形，中部向X内向变形）。

⑵该区域大凸弧型的形状在翻边成形时属于多料翻边，其回弹方向也是正回弹，在修边后，造成该区域自两端至中部逐渐变差的尺寸状态（尖角和虎口处向X外向变形，中部向X内向变形）。

⑶该区域的修边形状是除了保留三个固定的凸缘外，将全部的法兰边去除。导致在区域的翻边立面无法抵抗回弹变形。造成该区域修边后，自两端至中部逐渐变差的尺寸状态（尖角和虎口处向X外向变形，中部向X内向变形）。翼子板与前盖的平度和间隙匹配严重超差状态如图10所示。



图10 翼子板与前盖的平度和间隙匹配严重超差状态

解决方案分析
⑴方案一：在拉延工序试验和计算出回弹补偿量，对拉延凸模做补焊处理，拉延凹模和压料面重新研配。

风险：拉延凸模补焊处理后变形，拉延凸模和拉延凹模报废。后序全工序的凸模等成形、定位、支撑型面必须补焊、重新制作、重新研配，制造周期长，费用很高，无法保证批量生产要求和质量目标要求。

⑵方案二：在翻边整形工序试验和计算出回弹补偿量，对翻边整形凸模、凹模做补焊处理，拉延凹模和压料面重新研配。

风险：翻边整形凸模补焊处理后变形，翻边整形凸模、凹模报废。后序全工序的凸模等成形、定位、支撑型面必须补焊、重新制作、重新研配，制造周期长，费用很高，同时，拉延件型面形状与翻边整形等后续工序的形状不一致，导致制件变形。无法保证批量生产要求和质量目标要求。

⑶方案三：在不影响后续工序和其他工艺（焊装、涂装、总装）的前提下，在修边工序试验和计算出需要留出法兰边量，以减小和消除型面尺寸过低的缺陷。

风险：由于更改产品的修边轮廓，需要得到认可，同时需要对局部的修边镶块做补焊处理或重新制作。此方案优点是对后续工序无影响，更改周期短，费用低，可以保证批量生产要求和质量目标要求。

解决方案确认和实施

⑴经过综合评价，确认选择方案三。并经过试验和计算，得到了比较理想的试验件状态，型面尺寸状态良好（0～+0.46mm）。试验件状态如图11所示。



图11 试验件状态
⑵得到了产品的更改确认，对修边模具实施更改。

实施效果

优化更改完成后，经过批量生产件的装车匹配验证，翼子板与前盖的平度和间隙匹配状态良好，符合匹配的公差和视觉效果要求，达到了更改的预期效果，得到了大众康采恩质保部的好评。经过3年多近60万辆整车的批量生产，其尺寸一直处于良好稳定的状态。