轿车侧围外板中立柱的工艺改进

　　图1 侧围零件图

　　图2 侧围工艺补充图

　　1 成形机理及应力分析

　　1.1 侧围中立柱“T 型”成形机理分析

　　从图1可以看出，侧围中立柱上方是一个“T型”结构，而且该部位形状变化急剧，这种急剧的形状变化导致此处材料流动复杂，因此，这种部位最易产生凸凹和开裂现象。下面就侧围中立柱上方的成形特点进行分析。

　　零件在成形的初始阶段，材料主要从3个方向进料（图3）。由于受到产品“T型”形状的影响，材料在成形的初期就会在中立柱上方表面发生材料过剩，引起凸凹的变形，随着成形的不断加深，多余材料不断吸收，最终过剩的材料不能被零件的形状完全吸收，造成其表面产生凸凹。

　　形状变化越急剧，在表面聚集的材料就越多，这是总的趋势。加大压边力虽然可以减少初期材料在表面的聚集，但是会阻碍材料的流动造成开裂。另外，材料在3个方向进料时的不合理性和在成形过程中3个方向吸收材料的不均匀性，也是使材料在表面聚集，造成零件表面凸凹。

　　当成形达到一定深度时，受到上模形状的影响，开始吸收在零件表面聚集的材料，但由于不能完全吸收，因而在最终的成形件上出现凸凹。

　　2 工艺试验

　　通过应力应变分析，基本找到解决问题的方向，但对哪些成形条件进行改善，可以达到降低压应力对材料的作用，还需要通过分析模具的具体特点以及做工艺试验才能确定下来。

　　2.1 影响零件表面凸凹的因素分析

　　从上述的分析结果，并结合模具的构造和工艺调整参数来看，影响压应力作用的因素，也就是影响零件表面凸凹的因素有以下几个方面：① 设备精度及平衡缸的压力变化；② 气垫压力的大小及压力变化；③ 托杆长度一致；④ 上下模具的研合率；⑤ 平衡块布置的合理性；⑥ 拉延筋的布置及形状；⑦ 材料的机械特性值；⑧ 平衡块调整的合理性；⑨ 拉延筋的松紧程度。

　　2.2 工艺方案的确定

　　根据上述的影响因素，制定如下工艺试验方案：

　　（1）先对①、②、③项影响因素进行调查确认。通过调查，设备精度良好，平衡缸的压力变化在规定范围内。气垫压力在理想状态（压力小凸凹量变大，压力大材料开裂），压力变化的范围很小，完全符合成形时对压力波动的要求。托杆长度符合标准要求。

　　（2）再对④、⑤、⑥项影响因素进行调查确认。由于模具结构限制，平衡块位置无法变动。

　　上下模具的研合率较好。拉延筋的布置及形状合理，研合率较好。

　　（3）对⑦项影响因素进行调查确认。钢材机械特性值变化较大（表1），影响零件在成形时的1.2 T 型部的应力应变分析以进料区为研究对象，对变形量最大点A点进行应力应变分析（图4）。

　　图3 侧围中立柱上方材料流动示意图

　　图4 A 点应力应变图

　　从应力应变图可以看出，成形零件表面在车体的y向应变比x向的应变大，造成y向多材料,材料流动，从而影响零件表面的凸凹量。

　　（4）对⑧、⑨项影响因素进行调查确认。结合应力应变分析，针对影响三个方向进料状态的主要因素进行调整，以达到理想效果。工艺试验方式见表2。

　　2.3 工艺试验的效果及分析

　　不同的材料特性值，对零件表面凸凹的影响较大，如表1 所示。从表1 中可以看出，屈服强度大的材料，抗失稳能力强，因而零件表面凸凹量小，但屈服强度大的材料其延伸率就会降低，易造成零件开裂，通过多次试验结果分析，屈服强度在148 ～ 150MPa，延伸率在48% ～ 50% 的范围内，零件表面凸凹量小且不易开裂。

　　通过调整三向进料状态，试验2取得了满意的效果，试验3与未调整前的状态基本一致，试验1、试验4 比未调整前的状态差（表3）。

　　3 结论

　　在生产过程中通过对模具的调整和钢材特性值的管理，凸凹量有了明显改善，经过VES评价为OK。分析其原因，一是使三向进料趋于平衡，在成形初期产生的材料聚集程度得到改善，有利于成形中后期多余材料的充分吸收。二是缓解零件急剧变化一侧的进料阻力，降低内应力对表面的压缩作用，改善材料的失稳状态。

　　表1 每批材料的特性值与零件表面的凸凹量

　　表3 试验结果