车身外覆盖件形面凹坑外缘瘪塘改善初探

车身外覆盖件形面凹坑外缘瘪塘改善方案初探
管华军
（上海大众汽车有限公司）
摘要：车身外覆盖件表面质量问题越来越受到关注，然而外覆盖件的凹坑外缘瘪塘仍作为模具制造工艺的一大难题。

如：门外板把手凹坑外缘的瘪塘、前叶子板侧面转向灯凹坑外缘瘪塘、后侧围外板加油孔凹坑外缘瘪塘等。

本文就以上问题从凹坑的工艺性选择、模具设计调试等方面进行探索，提出改善方案。

关键词：外覆盖件凹坑瘪塘模具
1、前言
轿车的表面质量作为衡量轿车制造工艺是否精细的一个标准已被广大消费者接受。

影响轿车油漆表面质量的主要因素是冲压外覆盖的表面质量。

瘪塘是冲压外覆件表面常见缺陷之一，瘪塘的产生综合诸多因素，产生的原因也各种各样：有的与模具制造质量有关，有的与生产过程控制有关，有的与产品的结构有关，有的是综合多方面的因素。

形面凹坑外缘产生的瘪塘主要与凹坑这一产品工艺结构有关，同时也包含着其他因素。

车身外覆盖形面凹坑结构在汽车车身设计上应用很广泛，如车门外把手凹坑，前叶子板侧面转向灯凹坑以及后侧围加油凹坑等。

但在凹坑的冲压过程中，周围容易产生瘪塘这一问题也成为模具冲压工艺的一大难题，许多汽车厂为避免该缺陷，纷纷在产品设计上动足了脑筋：如新款的奔驰S级和E级轿车将前叶子板的侧面转向灯移到了后视镜上，这一改进即避免了前叶子板侧面转向灯外缘瘪塘，又使这一设计成为奔驰车的一大亮点，德国大众的顶级车辉腾也仿效了这一设计。

又如有的车型的门外板把手凹坑被设计成冲孔、翻边结构，然后加装带塑料凹坑的把手，也有效地避免了冲制把手凹坑所带来的缺陷。

由于形面凹坑结构刚性大、结构简单、加工方便等优点，还不能被其他结构所取代。

2、形面凹坑外缘瘪塘产生的机理
从形面凹坑产生的机理来看，一般凹坑放置在外覆盖件的内部，从拉深方向来看与整个零件的方向相反。

根据这一结构，我们如果将冲制凹坑的凹凸模作为一个独立的个体来分析拉深过程，就更有方便于分析其产生的原因。

在拉深凹坑的过程中，压边力是整个零件拉深的压边力通过板料传递而来，只有拉应力的作用。

而且该拉应力隶属于整个零件的拉深所需的压边力并通过材料传递而获得，由于材料的延伸作用略有衰减，因而凹坑成形的压边力调整范围有限，较难达到凹坑成形所需的合适的压边力。

而且在整个凹坑成形的外缘除拉伸方向变形外，同时伴随着垂直于板料的方向变形，因而纯粹的拉应力无法与这些力所抵消。

这也就意味着在凹坑成形的边缘存在着变形应力，该应力即弹性变形力，换句话说，凹坑外缘在凹坑成形后仍存在较大程度的弹性变形，一旦外力释放这些部位局部回弹，从而产生了瘪塘。

图1 门外板把手凹坑
图2 后侧围加油孔凹坑
3、凹坑形状与外缘瘪塘的关系
如果凹坑外形为近似的圆形，内部侧壁为渐变的过渡到底部形状近似球形（如门把手凹坑），那么在成形过程中，外缘各点受力相对均匀，产生的瘪塘程度会较轻，而凹坑外形为方形，侧壁陡直，，底部平坦无逐渐过度的区域（如后侧围加油口凹坑，前叶子板侧面转向灯凹坑）这样凹坑外缘各点受拉应力不均，于是产生的瘪塘程度会较重，这就是凹坑形状的工艺性。

虽然就工艺为设计服务的原则来说，但如果设计时多注意工艺性总是，那么在解决工艺性缺陷可以得到事半功倍的效果。

针对凹坑成形的工艺性来说，外形近圆形优于近方形，一定要设计在方形，那么方形的四个角尺应当适当放大，以利成形和外缘缺陷。

凹坑侧壁渐变过度到底部要比陡直过度好，底部形状对称近似球形比底部平坦，高低不一致的工艺性要好。

对凹坑的深浅来说，自然浅的比较容易成形，从模具设计的角度来说，门把手的凹坑工艺性较好，适用一次拉深成形，而后侧围加油孔的凹坑工艺较差，不能一次成形，可以设计为拉深一整形，加油孔本身在内部冲孔这样可以利用该孔在拉深采用内部预冲孔使内部向外供料来解决凹坑拉深过程中的伤碎问题。

4、一次成形的门把手凹坑外缘瘪塘改善方案
针对门把手成形时存在着垂直方向的弹性变形这一问题，可通过以下方案减少凹坑外缘的弹性变形。

4.1 尽可能缩小凹坑成形凹模口的圆角
这样有利于提高凹坑的塑性成形率。

在模具加工时，尽可能地将该圆角加工得小一些，在调试时，再逐渐根据伤碎状况逐步修大，以便调整到最佳的凹模口圆角半径。

当然过小的凹模口圆角半径在批量生产时容易磨损问题，该模口必须进行淬火处理，如果有条件的话，整个模具进行镀烙或离子渗氧，通过这样的处理可以使凹坑凹模口的圆角保持较长时间。

4.2减小凹坑外缘凹、凸模的间隙
减小凹坑外缘凹、凸模的间隙使凹坑最后成形时通过凹、凸模的小间隙在外缘部位进行一次整形，通过整形使材料挤压，以减少弹性变形。

这一结构一般放置在凹坑凸位置，整个凹坑凸模附近半径100MM左右宽的整个形面与凸模间隙做小（因为瘪塘多集中在约半径范100MM左右范围内）可以将该部位制作成反向固定的镶块形式，镶块采用能承受较大挤压边而不是变形的硬质合金，再进行淬火处理。

该镶块在模具整体形面加工前镶入，然后随基体一起形面NC加工，并且与其他形面一起作最后的形面修正，这样有利于镶块正确性，也使该形面加工比较容易。

在模具调试阶段，在该镶块底部垫上合适厚度的钢皮，根据冲制的零件状态压得过硬的部位略加修正即可。

5、拉深一整形成形的凹坑外缘瘪塘改善方案
5.1预冲孔凸模的处理
拉深整形应用于工艺性较差的凹坑形状，凹坑凹模圆角的半径由于涉及伤碎问题而无法做得过小。

改善以上缺陷除在拉深工序采取门把手凹坑相同的处理方法外，中间预切孔位置也非常重要，预切孔的预切位置过低易引起伤碎，而位置过高则不利于凹坑的塑性成形，边缘瘪塘加深或变大，因此在制作预冲孔凸模时应考虑以上因素，应当制作成可调节高度的冲孔凸模，以便在调试时将预冲孔凸模调整到合适的高度。

5.2整形工序的处理
整形工序也非常关键，有时拉深工序的凹坑外缘瘪塘程度还可以接受，到了整形工序就会程度加重，这主要是整形时，凹坑外缘有向内供料的材料拖拽现象，因此防止凹坑外缘材料向内拖拽是保持拉深成果的主要任务。

在模设计时，整个工序在模具压料板的压紧力尽可能取上限值，以使在凹坑外缘上部的产生足够的压料力，以克服凹坑整形时外缘材料向内供料的拉力不均产生的瘪塘，使整形部位的材料补给尽可能由预冲孔部位提供，同时为获得足够的压料力，压料板在凹坑外缘上部的形面贴合率必须达到90％以上，而且贴合面程尽可能大，一般为凹坑口向外扩散40MM-80MM左右，为使该部位压料板加工简便，也可以在该外制作一块反向固定的镶块，完成加工后，在镶块的底部垫层适当厚度的钢皮，这样镶块部位的压料力压紧力可以通过所垫钢皮的厚度轻紧获得。

6、结束语
以上是我们实际生产过程中改善形面凹坑外缘瘪塘的一些方法，通过以上的方案处理，虽不能完全消除凹坑外缘瘪塘，但可以得到了一点效果。

由于在凹坑形面形配过程中，尚有许多模修人员技术素质与形面修正工艺等因素的存在。

进一步地完善、改进凹坑外缘瘪塘尚需不断探索。

参考文献
1任雪岩汽车车身覆盖件表面质量控制，汽车工艺与材料2001.N0.2
2吴诗敦冲压工工艺学[M]西安、西北工业大学出版社1991.20。