某SUV轿车后背门内外板一模三件工艺开发

某SUV轿车后背门分总成如图1所示，主要由后背门外板－上部、后背门外板－下部、后背门内板和左右灯盒5个零件组成，其中，后背门外板－上/下部材料为ST07Z-05-60/60，料厚为0.7mm；内板材料为ST07Z-60/60，料厚为0.7mm。后背门外板－上部与后背门外板－下部采用激光焊接，然后与灯盒焊接，最后与后背门内板采用机器人压合，完成后背门分总成产品。

图1 轿车后背门分总成

常规工艺规划方案

为了充分利用大型冲压设备，提高生产效率，后背门内板、后背门外板－上部两个件采用一模双槽的工艺规划方案，共需四道工序分别为拉延、侧修边冲孔、侧修边冲孔翻边、侧冲孔翻边整形，如图2所示。

后背门外板－下部的工艺规划方案为单独制作，由拉延、修边冲孔、翻边三道工序完成，如图3所示。

图2 一模双槽工艺规划方案

图3 后背门外板－下部工艺规划方案

这三个产品共需7套模具，需要组织两次生产，采用常规工艺方案生产效率低。

一模三件工艺规划方案

本文通过产品开发的同步工程，提出一种新的工艺规划方案，即一模三件工艺规划方案，在产品开发过程中，进行CAE分析，确定方案的可行性。

外板－上部与下部对接拉延成形，采用一张板料，与内板一起制作，采用双槽结构，共需4道工序分别为拉延、侧修边冲孔、侧修边冲孔翻边、侧冲孔翻边整形，如图4所示。

图4 一模三件工艺规划方案

这套方案生产三个产品共需4套模具，一次冲压生产即可完成三个件的制作，生产效率高。

后背门外板－上部、下部对接工艺可行性分析

后背门外板－上部、下部对接拉延是否可行，是该方案的核心。这是一种全新的工艺方案，国内没有这方面的先例，所以必须进行CAE模拟分析，进行方案可行性确定。

⑴拉延造型设计。

由于后背门外板－上部的下侧需要侧翻边、侧整形，所以不能在此侧对接，只能在上侧对接，根据后背门外板－下部的形状特点，其下侧与后背门外板－上部的上侧对接，进行拉延工艺设计，如图5所示。

图5 拉延造型

⑵拉延CAE模拟分析。

模拟分析主要检查开裂、起皱、棱线滑移、冲击线、制件的变薄率等是否满足质量要求。经过多轮CAE分析，包括放大产品圆角、更改产品形状、调整压料面、改善工艺补充等措施，得到较好的CAE分析结果：没有起皱开裂现象，变薄率可达到4%以上，如图6所示。

图6 CAE模拟分析结果

特征棱线滑移线状态分析，如图7所示。其中，特征线1：后背门外板－上部主特征线最小曲率半径R12mm，材料经过凸模圆角产生的滑移线8mm。由于是凸模刚与板料接触时产生的滑移，此时接触压力小，圆角大，不会产生面品缺陷；特征线2：后背门外板－上部特征线最小曲率半径R3mm，材料经过凸模圆角产生的滑移线3mm。由于是凸模刚与板料接触时产生的滑移，此时接触压力小，当圆角逐渐形成后，板料不再滑移，不会产生面品缺陷；特征线3：后背门外板－下部特征线最小曲率半径R5.5mm，材料经过凸模圆角产生的滑移线4mm。由于是凸模刚与板料接触时产生的滑移，此时接触压力小，当圆角逐渐形成后，板料不再滑移，不会产生面品缺陷。

图7 特征棱线滑移线状态分析

⑶后序模拟分析结果。

后背门外板－上部拉延以后，各工序的模拟分析结果如图8所示。通过CAE分析，后背门外板－上部、下部对接拉延工艺方案可行。

图8 后序模拟分析结果

后背门外板－上部、下部冲压工艺过程

后背门外板－上部、下部4道工序的冲压工艺过程如图9所示。另外，后背门外板－上部与下部搭接处的孔无法在4序内完成，为了节省模具投资，在焊装车间增加气动冲孔工装完成，如图10所示。

图9 冲压工艺过程图

图10 气动冲孔

后背门内板冲压工艺过程

⑴后背门内板拉延CAE分析。后背门内板采用单动拉延结构，由于形状复杂以及拉延深度深，存在多处开裂、起皱问题，经过多轮CAE分析，产品得到优化，但产品工艺性仍然不算太好，还要依赖冲压工艺解决。在矩形板料上冲制两个工艺孔，并且在拉延到底前10mm刺破，这样就解决了开裂和起皱问题，如图11所示。

图11 CAE模拟分析结果

⑵后背门内板冲压工艺过程。 后背门内板4道工序的冲压工艺过程，如图12所示。

图12 后背门内板冲压工艺过程图

生产验证

通过产品开发过程的同步工程方法，提前进行工艺方案的规划，并进行冲压工艺可行性分析，冲压工艺设计，输出合理的冲压工艺方案，使一模三件工艺得到实际应用。它的优点是：⑴节省了三套模具，降低了模具投资。⑵一次生产三件，提高了生产效率，降低了生产成本。⑶减少材料消耗定额，材料利用率提高12%左右。批量生产实物照片，如图13所示。

图13 生产实物照片

——本文节选自《锻造与冲压》2019年第6期。