特殊造型侧围外板充电口四角面凹的减轻方法
熊远， 邹平， 祖纪伟， 孙 瑜， 王鑫·岚图汽车科技有限公司
随着新能源汽车的发展，电动汽车越来越普及，其充电口为整车直观看到区域，该区域的外观质量需要重点控制，侧围外板上的充电口因造型比较复杂，会比常规充电口更加难以保证外观质量，而从侧围模具工艺、模具结构、后期钳工调试方面去进行A 面质量的改善，对提升整车感官质量有着重大意义。
一辆车的侧围是整车的灵魂所在，一辆车的流线，一辆车的侧面造型，一辆车的大部分零件都是基于侧围来配合的，而侧围又是白车身最大最复杂的零件。随着新能源车的逐渐发展，充电口为新能源车必不可少的一个区域，又是非常容易让消费者直观看到的区域，其外观质量直接影响着整车的感官质量。在工艺结构固化的条件下，只能通过后期钳工调整来改善前期设计上的不足，然而更好的问题解决是通过CAE 软件，提前进行有效识别并在工艺结构上进行改善。
常规加油口类型
现有车型加油口一般为在一个平缓面上，或者在同一个曲面上，整体角度不会有太大偏差。加油口的深度一般为12mm，大小一般为180mm(对角或直径)，冲压成形时可以用正翻或正修进行。二级面翻边角度一般为Y 向3°～5°，整体而言，常规加油口处产品所处面平缓，冲压角度好，成形性较好。而随着国家新能源战略的实施，未来传统燃油车会逐步淡出历史舞台，所以与加油口相对应的充电口会越来越普及。
常规充电口工艺
常规充电口有的是在前后保上部LOGO 位置，这类不在本次讨论的范围，有的是在翼子板上增加一个充电口，而大多数是在侧围尾部，随着快充、慢充的同时存在，充电口尺寸会比加油口更大。常规充电口工艺跟加油口工艺几乎一致，即4 序完成充电口的加工：拉深(拉延成形，随着A 面平顺着一起成形)→预冲孔→成形→精修边，只需要四序就能够较好的完成。
有些工艺设计时，会将预冲孔工序取消，直接是拉深(先预拉深一部分)、预冲孔成形、精修边等3道工序，该工艺布置会减少其他工序布局，或避免预冲孔与修边工序在一起时废料不好排出的工艺布局。
特殊造型充电口问题现状
图1 为某车型侧围外板，充电口为腰线上下位置，其两个面夹角为53.5°，上部面与Y 向夹角17.3°，下部面与Y 向夹角为70.8°。成形过程中两个面夹角太大，且与冲压角度单面较小，故该处工艺只能采取常规的拉深→预冲孔→成形→精修工艺，但在成形和精修工序，只能采取侧整和侧修的模具结构，但是由于上部面夹角为17.3°，导致上部压料不是特别实，且容易有侧向力，修边毛刺较大，较难整改。
图1 某车型侧围外板
图2 为某车型充电口正视图，该特殊造型充电口对角长度为284.5mm，四个角的圆角半径为40mm，工艺及模具设计时的主要难点为：⑴充电口不是一个缓面，需在带夹角面进行翻整和精修，故需要进行侧整和侧修，但又有一部分面是在正向面，故整体翻整和修边质量不好控制；⑵充电口四角半径较小，而成形立面角度也小，故在成形时板料流速较慢，在A面处容易产生面凹缺陷，如图3 所示。
图2 某车型充电口正视图
图3 充电口周围产生凹坑缺陷
特殊造型充电口工艺
该特殊造型充电口工艺为：拉深(充电口处按照A 面造型光顺连接)→预冲孔→侧成形→侧精修边，共4 序完成。在模具加工制造完成后，调试过程中在充电口上部(三角窗下方)，尤其上部两个转角处产生面凹缺陷，该缺陷VES 评价V2(VES 评价分为V1、V2、V3，V1 需要尽快改善，V2 需要进行修模，V3 缺陷可以不进行修模)，属于不可接受的缺陷。必须对该处面凹缺陷进行改善处理。
缺陷产生原因分析如下：
⑴充电口四角轮廓半径为40mm，且四角处为凹轮廓，属于压缩类翻边，成形过程为缺料成形，即成形过程中在圆弧区域材料需要压缩延展，且该处虽然已经预冲孔，增加了板料的流动性，但是该处的板料流动性还是较差，无法在A 面进行较大的板料流入，更多的是内部板料流入，所以在圆弧转角区域会引起A 面变形。四角轮廓产品数模半径为40mm，按照以往经验，类似的压缩类翻整，轮廓半径要大于40m才不容易出A 面缺陷，该特殊造型侧围充电口刚好达到轮廓最小半径标准。进行SE 模拟，在Autoform油石模型下，成形工序面品缺陷为上部两个角和右下角，如图4 所示。
图4 特殊造型侧围充电口Autoform 油石模型
⑵充电口上部面与Y 向夹角17.3°，在成形过程中做3°左右的回弹补偿，做完回弹补偿后，实际拔模角只有14.3°。在上模下移过程中，成形刀未接触板料，压料先接触凹模型面，因侧壁比较陡，如图5 所示。压料力分解后会减小，在结构设计时考虑使最后分解在零件上的压料力只有正压料力的1/4，但是在实际模具制造调试过程中，因为加工误差，装配间摩擦等都会导致真正作用在零件上的压料力会比理论值要小，当产生的压料力不足以压住板料时，在圆弧轮廓翻边处容易造成压料失控，即无法压住料而在圆弧区域翻整时A 面周圈板料流动失衡，更容易产生A 面面品缺陷。
图5 充电口剖面图
在工艺和结构都进行过提前考虑的前提下，实物状态面品缺陷还是可能会产生，这时已无法对零件工艺和模具结构进行调整，只能通过钳工的技能水平对模具进行调试，实现面凹缺陷的改善。
⑶既然工艺和结构已经受限，通过对现有模具的基础状态进行分析，在模具调试初期先确认充电口区域成形着色情况。从图6 可以看出，成形工序压料板上部比较虚，上部两个圆弧拐角处都无着色。从图7可以看出，面凹缺陷较为明显。对研合进行提升后，如图8 所示，上部着色还是较虚，确认零件状态(图9)，有所好转，但仍达不到认可标准。通过对两种状态压料板着色确认，可判断出在工艺分析阶段，因上部角度太陡，导致压料板分解力较小，无法在该处进行较好压料，当成形凸模接触板料时，因压料不正常，导致成形过程中A 面发生细微翘曲，所以在A 面特别是上部两个角处，形成较大面凹，想要解决该处面凹需先解决压料力问题。
图6 某车型侧围充电口成形工序压料板
图7 某车型充电口处缺陷
图8 某车型侧围充电口成形工序压料板提升研合后
图9 某车型充电口处缺陷
实施整改方案
通过对某特殊车型侧围充电口处工艺和实物分析，需进行如下整改：
⑴压料力要增加，提高压料效果，让成形过程中四个角与凸模完全贴合，不会发生形变，即四角处凹坑可以减轻甚至消失，使油石可以连续。为实现压料力的增加，需要在上部及四角增加研配，需要做强压，特别是需在四个角处着重研合，即零件上四个角都为光亮区，具体标准如图10 所示。无研合：蓝丹没有变化；轻微研合：蓝丹有轻微粘连，显示为蓝丹变浅；中等研合：蓝丹较多粘连，显示为蓝丹发白；着重研合：蓝丹全部粘连，显示为全白。
图10 研合标准示意图
对特殊造型侧围充电口进行着重研合后，如图11 所示，充电口面凹缺陷确实有所减轻，但还是没有达到质量认可标准。将特殊造型侧围充电口成形工序四角压料板做成着重研合后，缺陷没有达到认可状态，如图12 所示，故还需对特殊造型侧围充电口进行整改。
图11 特殊造型充电口成形工序着重研合
图12 四角着重研合面凹缺陷
⑵因为还是产生面凹缺陷，故需要对特殊造型侧围充电口成形工序凹模进行补偿处理，该处理因为是非工艺手段，所以需要钳工进行多次调试，反复验证，对比每次做过补偿后的零件来确定下一次补偿量。最终历时50 天，成功调试出合格零件，特殊造型充电口面凹缺陷消除，得到质量部门认可。
结论
因为某特殊造型充电口的工艺结构已经固定，所以在工艺结构上无法进行更改，虽然钳工师傅通过后期做着重研合，及缺陷区域局部补偿手段消除了面凹缺陷，但根源还是需要从工艺结构上进行改善。
如果新车型还是特殊造型充电口，即充电口分布在腰线上下且成一个夹角，不是在A 面较缓区域，那么应当在做工艺时采取：拉深→侧成形(初整)＋预冲孔→侧成形→精修边。通过两次成形来减少四角处压缩类翻边，板料流动性较差且深度又较深容易造成开裂风险，同时可以保证外观。在做结构时应该考虑拔模角，尽可能让另一个面与Y 向面夹角大，如因造型原因导致夹角无法保证，压料力分解在工作区后较小，可以在做结构时就考虑在侧料区域增加氮气缸来提升压料效果。
熊远：冲压工程师，主要从事模具开发，模具导入现地质量效率提升等工作，在模具开发、尺寸精度提升、外观提升、效率提升、人机工程方面经验丰富。
