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汽车覆盖件冲模是车身制造中要求高、加工难度大的模具，其中侧围外板的冲模又是车身覆盖件中难度最大，开发周期最长的。冲压工艺和模具结构设计是模具开发中的关键环节，合理的工艺设计是模具结构设计和制造的基础，合理的模具结构又是实现冲压工艺方案的工装实体。冲压工艺和模具结构直接关系零件成形质量、制作成本及模具调试周期。现介绍某车型侧围外板冲压工艺设计过程中如何确定冲压方向及拉深深度、避免产生滑移线和冲击线的方法及措施以及小成形角度整形模结构设计。 轿车侧围外板冲压工艺设计阶段，要确保板料的成形性，同时避免成形过程中零件产生缺陷。板料经过凹模圆角后的加工硬化痕迹不能进入成形零件的外观面，主要棱线部位不能产生滑移线，拉深筋的成形痕迹不能在零件上表现出来，图1所示是某轿车的侧围外板。 
图2所示为顶棚侧采用的正修工艺，采用该工艺方案的主要优势是最大化的降低拉深深度，便于生产时机械手的取放件操作，提升生产节拍，同时提高材料利用率，模具结构简单，制作成本低。缺点是侧整形时板料自由度大，侧整形刀块先与前工序件修边后的板料末端接触，导致整形过程中外观面变形风险增加，侧壁及法兰边的起皱风险增加。由于该方案的主要优势在于制造成本低，但板料成形时存在不可避免的外观缺陷，所以一般用于低档车。 
图3 顶棚侧侧修工艺
图3所示为顶棚侧采用侧修工艺。采用该工艺的主要优势是拉深造型贴近最终成形的零件形状，侧整形时板料自由度小，侧整形刀块沿零件棱线R根部接触板料，整形后外观棱线R顺畅，A面变形风险小，同时可有效控制侧整形板料导致侧壁和法兰边部位起皱的缺陷。缺点是增加拉深深度，生产时机械手取放件操作较困难，降低生产节拍，材料利用率较低，模具结构复杂，该方案一般用于中高档车。现分析的该款轿车定位为中高档，对侧围外观面的品质要求较高，为了满足车型外观品质要求，顶棚侧的工艺造型选择图3所示侧修边工艺方案。根据车型的棱线及整体造型特征，初步选定冲压方向如图4所示，按已确定关键部位工艺造型方案建立CAE分析模型，仿真模拟其成形性。调整压边力和拉深筋等工艺参数，使板料拉深充分，外观面变薄率在3%以上，成形的零件无明显开裂和起皱，分析结果如图5所示，在此分析结果基础上检查各外观棱线的滑移线。
板料经过棱线产生加工硬化，如果板料在棱线部位产生滑移，滑移区域板料产生加工硬化会导致外观面A面变形，因此外观面区域的棱线原则上不允许材料产生滑移带。图6所示棱线1处于车身外观视野聚焦区域，该区域外观面不允许有任何缺陷。棱线1是否产生滑移主要取决于冲压方向，通过调整冲压方向，棱线1不发生滑移所对应的冲压方向即为侧围最终冲压方向。在确定冲压方向后，非主要棱线2、3、4、5如产生滑移，则通过拉深面、拉深筋、余料及工艺造型来消除。拉深成形时，板料由压紧状态的静摩擦到开始流动的动摩擦，板料经过凹模圆角拉深变薄并伴随加工硬化，随板料的流入，在拉深板料上产生一条加工硬化带，硬化带的边界称为冲击线。如果冲击线进入零件的外观面，会影响外观面的品质，在设计阶段要控制冲击线在外观面边界3~5mm以外。以下介绍如何进行拉深造型，在造型阶段控制冲击线并最终确定拉深面的深度。
如图7所示，以顶棚处断面进行分析：图7中Ｌ为压料面闭合时，成形点a与凹模口c点间的弧长；Ａ为成形到底时，成形点a与凹模口c点间的弧长；Ｂ为成形到底时，零件面边界b点与凹模口c点间的弧长。材料流入量H=A-(1+10%)×L，材料伸长率初步按10%计算；冲击线进入零件边界量S=H-B；根据造型判定一级冲击线，S>0，不满足要求；S<0，满足要求。
为了控制一级冲击线不进入零件，又尽可能减少拉深深度，拉深造型在脱模面侧壁一定高度位置设计二级台阶，如图8所示，以顶棚处断面分析：图8中，当成形点a和二级台阶触料点d及分模线处凹模口点c3点呈一直线时，二级台阶触料点d开始对流入的板料产生影响，根据造型判定二级冲击线，K>E，满足要求；K<E，不满足要求。
按照一级冲击线和二级冲击线的控制条件，建立CAE分析模型，调整二级台阶的高度及拉深面深度，当一级和二级冲击线离零件外观面边界都在3mm左右时，此时拉深面的深度为最浅拉深深度，此拉深深度确定为最终拉深深度，如图9所示，分析结果得出冲击线都在外观面以外3~5mm，满足冲击线的要求。
为了调整拉深面各部位的进料阻力，控制板料流入量，使板料各部位材料拉伸主次应变均匀且拉深充分，在拉深面部位设计拉深筋控制材料流入，板料经过拉深筋时发生急剧塑性变形产生加工硬化带，如果加工硬化带进入零件内，会在板料上留下明显硬化带痕迹，影响板料的外观质量。侧围门洞内的拉深筋痕迹容易被忽略，门洞内部分在开门后属于B级外观面，要确保拉深筋的硬化痕迹带在零件之外，着重检查门洞内拉深筋的布置位置。图10所示为某侧围外板拉深筋布置情况及拉深筋加工硬化痕迹带分析检查结果。在最终投产前要对成形过程进行精细化分析，对成形过程的每个阶段要进行判断。拉深成形过程中板料与模具零件要接触光顺，在外观面部位不能有多料的现象，板料与凸模接触顺序保证外观视野聚焦区域先接触，然后逐渐向四周均匀扩散。
图11所示顶棚侧整形部位外观面切线方向与冲压方向的角度θ定义为成形角度。在侧整形时，为了保证已成形到位的形状不发生二次成形而变形，上模压料板要压紧已成形到位外观面部位。由于内应力的作用，各工序件都会存在一定的回弹，对于小成形角度部位，如果采用正向压料板压料，在压料板实施压料过程中，压料板末端首先接触到前一工序回弹状态的外观面，导致已成形到位的外观面划伤，如图12所示。
图12 压料板划伤板料外观示意图
图13 浮动压料结构
根据前期车型设计和生产经验总结，侧围顶棚侧成形点角度与压料板结构关系要求如表1所示，图13所示为浮动压料，图14为压力增强型压料。图15所示为车型侧围顶棚处侧整形工艺方案，其中a区域成形点的角度约为13°，整形范围的宽度约为1800mm，b区域成形点的角度约为8°~10°，整形范围的宽度约为500mm，据表1所示要求，a、b区域都需要采用浮动型压料结构。
图15 侧围顶棚侧整形工艺方案
图16 滑楔式浮动型压料结构
1.压料板 2.压料板 3.驱动插刀 4.盖板 5.凹模 6.下模板 7.侧整形镶件 8.滑块 9.滑块 10.驱动导板 11.驱动块 12.驱动导板图15中a区域的宽度较宽，考虑模具结构的稳定性及可实现性，该区域采用滑楔式浮动型压料结构，如图16所示。该结构的工作原理是在侧整形前压料板分2个阶段，压料板从2个方向对已成形到位外观面实施压料，首先是沿冲压方向运动的压料板1沿垂直方向压住板料平坦部位，零件成形角度小且回弹后易被压料芯划伤的部位设计成滑楔式压料板2，在压料板1压住板料平坦部位后，滑楔式压料板2在驱动块11驱动下，沿成形角度较小区域外观面的法向方向实施侧向压料，这样就解决了a区域成形角度较小部位的外观面因回弹导致压料板末端划伤零件外观面的缺陷。
图17 旋转式浮动型压料结构
1.压料板 2.压料板 3.驱动插刀 4.盖板 5.凹模 6.下模板 7.侧整形镶件 8.滑块 9.滑块 10.驱动导板 11.驱动块 12.驱动导板 13.旋转轴图15中b区域的宽度较窄，考虑模具结构的可实现性，该区域采用旋转式浮动型压料结构，如图17所示。该结构的工作原理与上述介绍的滑楔式浮动型压料结构相似，区别在于第二阶段压料的压料板设计了旋转轴13，在驱动块11的驱动下，压料板绕旋转轴13旋转，沿成形角度较小区域外观面的法向方向实施侧向压料。▍
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