1起皱案例解析
1.1 问题描述
某侧围外板仿真模拟阶段发现：A柱过渡区域前挡风玻璃涂胶面叠料、侧壁起皱，此缺陷无法接受。内板区域起皱是否能接受主要取决于翻边过程中模具闭合到底前5 mm是否存在可见的、不可消除的叠料以及最终板料厚度增加率是否超过5%。图1所示为零件在模具闭合到底前5 mm的翻边模拟结果，出现叠料现象。零件厚度从0.65 mm增加到0.904 mm，增厚率为38.5%，超过5%的增厚标准，如图2所示。
图1 模具闭合到底前5 mm翻边模拟结果
图2 翻边整形面增厚
1.2 原因分析
从图3可以看出，A柱分缝处台阶高度差较大，内板区域翻边侧壁增加了吸皱坑。A柱过渡区域成形工艺如图4所示，分别为：①拉深；②侧修边；③前挡风区域侧整形。前挡风区域侧整形过程如图5所示，整形刀块沿翻边方向成形，底部前挡风法兰边不受约束，板料自由度大。因为整形处的台阶差造成了整形深度不一致，使刀块触料有先后顺序，板料由于非均匀变形而产生切向压应力，当切向压应力达到一定数值时，局部板料不能维持稳定变形而产生压缩失稳现象。
图3 侧围外板A柱过渡处
图4 侧围外板A柱过渡区域工艺排布
（a）拉 深 （b）侧修边 （c）前挡风区域侧整形
图5 侧整形成形过程
2起皱解决方法
2.1 工艺变更
前挡风法兰边由于不受约束而失稳叠料，可在工序③增加拉深槛和拉深包。整形刀块在运动过程中通过拉深槛和拉深包卡料，让板料受约束成形，如图6、图7所示。此方案相较于压料板压料成形，其模具结构更加简单，而使用压料板压料需要预留一块废料，后工序还要再进行一次侧修边。侧壁吸皱坑在成形过程中使成形不均匀，考虑在工序③取消吸皱坑，再增加一道翻边整形工序。
图6 拉深槛和拉深包卡料
图7 卡料断面
其成形模拟结果如图8、图9所示，涂胶面叠料现象已解决，工序③成形到底前5 mm零件局部略有波纹，内板区域局部存在起皱，虽然缺陷不影响零件的功能，也完全被遮盖，但增厚率达到23%，容易损伤模具，缩短模具使用寿命。
图8 工序③成形到底前5 mm
图9 翻边整形面厚度分布
2.2 零件变更
为了减少成形过程中的切向压应力，需尽可能使零件均匀变形。A柱主要参数有：分缝处的台阶深度 D 3，即与翼子板的配合深度；翻边深度 H 与过渡长度 L 2；第一道翻边角度 B ，如图10所示。
图10 A柱主要参数
2.2.1 台阶深度
台阶深度 D 3越浅对成形越有利， D 3由翼子板的深度决定。A柱分缝断面参数如图11所示，角度 C 是翼子板的翻边夹角， C 越小翼子板深度越浅，但至少需要45°以保证翼子板凸模刀块的强度；翻边棱线圆角越小深度越浅，此处取 R 1.5 mm；翻边长度 L 3≥3 mm才能保证翻边棱线的质量。翼子板边界与侧围外板的间隙需要3 mm的安全余量。
图11 A柱分缝断面参数
综上所述， D 3≥7.7 mm。根据风阻需求，把A柱前挡风翻边棱线圆角放大，翼子板相配的侧围圆角相应放大，如图12所示。经过项目统计，台阶深度 D 3在8.5~10 mm比较合理，平台 L 1至少为10 mm。
图12 A柱侧围翼子板装配
2.2.2 A柱翻边深度与过渡长度
过渡长度 L 2越长对减轻成形起皱越有利， L 2的理想尺寸是A柱翻边深度 H 的3倍。如图10中 C - C 截面所示， D 1是前挡风玻璃下表面与A柱焊接法兰边之间的距离，为6 mm，两者之间涂密封胶； T 是前挡风玻璃的厚度，一般为5 mm；前挡风玻璃上表面到侧围外板 A 面的距离 D 2最小为8.6 mm，其中6.6 mm是侧围外板 A 面与车顶 A 面之间的高度差最小值，如果小于该数值，车顶与侧围外板激光钎焊处的焊缝会外露；前挡风玻璃 A 面与车顶 A 面的高度差为2 mm，如果玻璃 A 面与车顶 A 面齐平或高度差过小，会造成玻璃面高于车顶。综上所述，侧围外板A柱区域翻边深度 H 的最小值为19.6 mm。
整个前挡风的翻边深度并不相同，侧围翼子板分缝处的翻边深度是最深的部位，深度越深越容易失稳起皱，而且不利于侧整形退料脱模和车身拼装。经过对近期项目的收集研究，总结翻边深度 H 的合理范围在20~35 mm， L 2范围在60~105 mm。部分项目因为翼子板结构设计限制及A柱内板前部需要留14 mm平面段涂密封胶， L 2不能达到理想值，这种情况下可考虑将内板结构设计成开口形式，如图13所示，这种结构对翻边成形有利，但需要在开口处增加膨胀胶条，会增加成本。
图13 开口A柱结构
2.2.3 翻边角度
整个上横梁车顶激光钎焊面及前挡风区域侧整形的冲压方向是车身 Z 向，工程断面定义的翻边角度是法向，导致冲压方向下的翻边角度不一致，板料触料点不在翻边棱线的根部，零件上会产生冲击痕，如图14所示。在工程定义断面参数时，要求翻边角度 B 在车身 Z 向下的角度。
图14 A柱冲击痕
零件装配后确认优化空间，变更后的零件如图15所示， D 3从10 mm降到了8.5 mm，增加了10 mm的平台 L 1。吸皱凹坑增加了均匀变形的阻力，侧壁成形过程中也没有起到吸皱的作用，还需要另外的工序成形此凹坑，故可取消。对优化后的零件进行仿真模拟，分析结果如图16、图17所示，前挡风法兰边涂胶面到底前5 mm波纹进一步缩小，内板区域局部起皱也有改善。
图15 A柱过渡区优化后
图16 工序③成形到底前5 mm
图17 翻边整形面厚度分布
▍原文作者: 胥一勤、周燕芳、王建衡
▍作者单位：上汽通用汽车有限公司