辅助拉深凸模和凹模在汽车侧围外板拉深模中的应用

车身外表面的造型是由满足一定连续性要求的无数曲面组成，这些曲面的曲率均不相同，无论是方向还是大小。曲率的变化给车身制造增加了难度，外覆盖件在冲压成形时，型面曲率的剧烈变化容易导致成形不充分、不均匀的问题，造成难以优化的尺寸超差和表面质量缺陷。汽车侧围外板是体现曲率变化的典型外覆盖件之一，由于其尺寸大、制造周期长，质量要求、工艺复杂度及制造难度较高，出现质量缺陷时，优化难度较大。

侧围外板后风窗区域成形不充分

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图1 某车型侧围外板零件

a.凸面 b.凹面 c.凸面 d.分缝线

大多数三厢轿车的侧围外板与后风窗搭接区域存在明显的曲率变化，型面是由凸面到凹面再到凸面的变化，这种曲率变化对冲压成形工艺不利，且该区域零件的分缝线不是直线，而是反凹的曲线，如图1所示，增加了成形的复杂性，因此该区域容易造成成形不充分，导致尺寸超差、尺寸不稳定及表面质量缺陷。

图2 局部成形性

图3 局部减薄率

对该车型侧围外板零件进行工艺设计与拉深成形模拟分析，检测该区域的成形性，如图2和图3所示，在后风窗区域存在大面积成形不充分区域，最小减薄率约1.0%，不能满足工艺要求，需要进行工艺优化。

工艺优化的常用方法

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拉深筋调整

图4 局部成形性

增大拉深筋的阻力系数是增大材料减薄率最常用的方法，主要作用是增大进料阻力，对板料流动产生影响，控制外部板料向内部流入，达到控制板料流入量、使板料变形更充分的目的。增大侧围后风窗区域拉深筋阻力系数后，成形不充分区域范围虽然变小，但并未全部消除，如图4所示，同时工艺补充立壁处已出现破裂风险，无法继续通过增大拉深筋系数来增大该区域的减薄率，优化效果受到了限制。

02

增大工艺补充及增大区域拉深深度

与拉深筋调整方法相比，其他的工艺优化方法效果并不明显。增大工艺补充也是常见的方法之一，在区域内设计针对性的工艺补充形状以增加此处零件的变形量，该方法与拉深筋的局限性类似，若工艺补充形状过大，容易造成零件拉裂或起皱，而形状过小，无法起到优化效果。另一种常见的工艺优化方法是增加该区域的拉深深度，使其更早接触板料。而在拉深工艺设计中要考虑零件整体的触料状态、考虑整体的成形均匀性，而过多增加缺陷区域的拉深深度均不能满足上述2个要求，且优化效果有限。综上所述，常用的工艺优化方法均存在一定局限性，优化效果不理想，需要寻找更行之有效、针对性更强的方法。

辅助拉深凸模与凹模技术的应用

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01

拉深模型

图5 常规侧围外板拉深模型

1.凹模 2.板料 3.压边圈 4.凸模

常规的侧围外板拉深模型由拉深凹模1、压边圈3及拉深凸模4组成，图5所示为模型初始状态，位于抬起状态的压边圈上。

图6 具有辅助拉深凸模与凹模的拉深模型

1.凹模 2压边圈 3.凸模

具有辅助拉深凸、凹模的拉深模型如图6所示，在后风窗区域增加用于辅助成形的拉深凹模1和拉深凸模3，压边圈2需要进行避空处理。辅助拉深凹模属于拉深凹模的一部分，与拉深凹模是一个整体，而辅助拉深凸模与主拉深凸模是分开布置的，相对独立。

02

后风窗区域拉深成形过程

图7 成形初始状态局部截面

（a）压边圈闭合与主拉深凸凹模成形

（b）辅助拉深凸模接触板料

（c）辅助拉深凸凹模成形

（d）成形完毕

图8 成形过程

对后风窗区域成形过程进行截面分析，如图7所示，为拉深开始前的初始状态。拉深凹模随着压力机滑块下行，先与压边圈和板料接触，完成压边圈闭合；随后整体继续下行，板料首先与主凸模接触，主型面开始成形。凹模继续下行，板料与辅助拉深凸模接触，开始辅助拉深凸模成形，直至成形结束，如图8所示。

03

优化成形的原理

与常用工艺优化方案相比，新增辅助拉深凸、凹模方案的最大区别和优势是其所起的作用逐步渐进增强的。在成形的中前期，辅助拉深凸、凹模的作用与拉深筋的功能类似，在一定程度上阻止板料向内流动，保证一定量的板料流入，使成形区域不至于过度减薄而破裂，但作用较弱。

图9 局部截面

在拉深成形的中后期，辅助拉深凸、凹模的作用逐渐增强，除了阻止外侧板料①向内流动外，辅助拉深凸、凹模还能由内侧向外侧拉深板料②，使零件缺陷位置③变形更充分，达到优化变形的目的，如图9所示。

04

优化效果及实际零件状态

图10 局部成形性

通过增加辅助拉深凸、凹模，零件的成形性显著提升，如图10所示，成形不足区域消失，区域内最小减薄率也在5%以上，如图11所示，满足工艺要求。

图11 局部减薄率

图12 实际拉深工序件

实际生产的侧围外板如图12所示，零件变形充分、状态稳定、尺寸合格、无表面质量缺陷，达到预期设计效果。

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技术方案实施流程

图13 实施流程

技术方案实施流程如图13所示。

工艺边界条件稳定

工艺边界条件稳定是实施方案的前提，增加辅助拉深凸、凹模以外的其他区域均达到工艺稳定的状态，工艺参数如冲压方向、压料面、压力、工艺补充等都需要调整完毕。

轮廓大小的确定

图14 辅助拉深凸凹模的轮廓及大小

根据不同侧围外板的形状，针对性地设计辅助拉深凸模的分模线（即轮廓①），如图14所示，并根据整个区域的拉深深度确定辅助拉深凸模各个位置的高度、两侧立壁的角度及顶端圆角半径②等，初步轮廓大小确定后，进行下一步模拟计算验证。

模拟分析验证

运用成形模拟软件，将轮廓形状输入并设置，进行模拟计算。

方案修正

根据模拟计算结果，对辅助凸、凹模轮廓大小反复修正，使缺陷区域变形充分、均匀，无破裂起皱，利用模拟软件确定最优工艺参数。

模具结构设计

图15局部拉深模结构

根据前期工艺确定的轮廓及大小，设计并生成模具实体，局部拉深模结构如图15所示。