长城汽车：侧围外板造型参数对表面质量
随着汽车产业的发展及人们生活质量的提高，客户在选择汽车时不仅关注核心部件，高质量的外观已经成为客户选择的重要因素之一。当整车外观造型确定后，需要对外观质量提出更高的要求。外覆盖件（侧围外板、翼子板、机盖、后背门、车门外板）是客户最先观察的区域，当其出现表面质量缺陷后，整车的光影就会出现严重的折射、扭曲等现象，造成整车外观质量下降。因此解决外覆盖件的表面质量问题刻不容缓。
侧围外板常见表面质量缺陷位置及类型
侧围外板位于整车车身侧部，是客户最先观察的区域，作为侧部最关键的外覆盖件，其外观质量直接影响整车质量。侧围外板常见的表面质量缺陷有凹坑、翘曲、塌边等，而凹坑出现次数达总缺陷次数的80%以上。常出现凹坑的主要位置有B柱（见图1）、C柱（见图2）以及后角窗拐角处（见图3）。这几处位置的表面质量缺陷问题一直困扰各模具厂。
图1 B柱凹坑
图2 C柱凹坑
图3 D柱凹坑
凹坑解决方法
使用油石对侧围外板冲压件进行打磨后，凹坑等缺陷可清楚地显现，一般通过调整工艺补充、压边圈进料阻力、模具零件型面研合率等方法进行调整，这需要对模具进行反复补焊修模，大量的焊接严重影响了模具的成形质量及使用寿命。有些缺陷只要调整制件局部结构就可以解决，而制件结构设计需要通过大量数据积累及SE（simultaneousengineering）分析，对局部位置的参数进行调整，即可减少表面质量缺陷的产生，为后期模具设计及调试整改节约大量的时间，同时提高制件的成形精度和延长模具的使用寿命。
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B柱位置设计
图4 2个门洞中间部位悬空
通过CAE软件对冲压过程进行分析，当拉深上模即将达到闭合状态时，前后门洞的2个R角就已经接触板料，而此时2个圆角中间部位板料处于悬空状态（见图4）。此时两侧对板料的拉应力比中间大，当拉应力传递到B柱上部外露材料时就导致了应力不均。在材料流动过程中，门洞的R角会对板料形成拉力，前、后门洞对B柱的拉力Fa和F´a之和为正下方的拉力Fb(见图5)，前、后门洞的R角越小，Fa和F´a的拉力越大，其与Fb的差值也就越大，当压力传递到外表面A面时，应力不均就会造成材料延展不均，最终导致表面质量缺陷的出现。
图5 B柱位置拉力方向
前、后门洞及B柱台阶是汽车功能实现的基本造型，只能通过改变一些造型参数来消除B柱凹坑缺陷：①前、后门洞与B柱上的密封面高度要相等，即H1=H2=H3，这样在模具最后闭合时成形力大小相等；②前、后门洞的深度一样，即H4=H5，以保证前、后门洞对A面的拉力均匀；③增大前后门洞的拐角Rmin≥50mm，以减少前、后门洞的拉力（见图6）。
图6 B柱位置参数
通过上述3个参数的优化，控制B柱的拉应力，可大幅度减少B柱表面质量缺陷的产生。
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C柱位置设计
图7 C柱形状急剧过渡
图8 材料扭曲变形
因C柱上部的后门洞与三角窗的型面高度差大，过渡急剧（见图7），成形时材料无法均匀应变，导致材料发生扭曲变形（见图8），最终形成凹坑。由于高度差是造型结构，无法改变，而凹坑随着型面高度差角度变大而加剧，在设计时就需要考虑对尺寸参数进行控制优化。
渐变的角度越缓，型面过渡越光顺，材料发生的扭曲变形就越小。经过大量实际经验累积发现：①尽量减少高度差，即h1越接近h2，外观质量越好；②加大过渡区域，使过渡平缓，L≥13（h1-h2），θ≤8.5°。
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后角窗设计
图9 材料流动方向
侧围外板后角窗位置为拐角，当冲压件成形过程中材料流入时，直边区流入均匀，拐角处成扇形流入（见图9）。经过应力分析计算，直边区的材料向下流动时只产生Y向的拉应力；而在拐角区的材料径向流动，产生了径向拉应力和环向（切向）压应力（见图10）。开模后应变方向不均匀，最终出现凹坑。
图10 内应力方向
图11 参数指示图
由于后角窗玻璃打胶的需要，后角窗台阶无法取消，这就需要通过调整后角窗的造型及内板区域的形状来控制缺陷产生，通过实际多种车型对比验证（见图11）发现：①角部夹角θ≥110°的车型没有出现凹坑，θ＜110°的车型均有凹坑；②造型半径R≥52.6mm的车型没有出现凹坑；③造型半径R与台阶高度差比≥4.27h的车型没有出现凹坑（见表1）。经过多次验证，确认后角窗设计要求为：①造型半径要求R≥4.3h；②角部夹角θ≥110°。
▍原文作者：李俊峰，施朋朋
▍作者单位：长城汽车股份有限公司