现今乘用车外覆盖冲压件翻边工艺设计中,已经广泛采用夹料翻边技术，给冲压行业的乘用车外覆盖件尺寸稳定带来了重大的技术变革，更是乘用车外覆盖件翻边棱线A 面表面质量稳定的辅助技术。目前冲压行业已经将夹料翻边技术全面应用到乘用车外覆盖件所有翻边轮廓的加工过程，虽然采用夹料翻边技术稳定了乘用车外覆盖件尺寸和乘用车外覆盖件翻边棱线A 面表面质量，但是该技术也是有工艺缺陷的，其中翻边立壁凸缘翘曲，甚至翻边立壁凸缘翘曲量不均匀的状态，按照现有翻边工艺及结构是无法解决的，为此我们在夹料翻边工艺基础上研究开发了一种可以消除翻边立壁凸缘翘曲的新的翻边工艺及结构。

外覆盖冲压件中门外板一般采用平缓造型，这类造型的门外板零件经常设计成全封闭的翻边轮廓和翻边立壁，翻边立壁按照压合工艺的需求进行尺寸控制，不仅需要控制翻边立壁高度，还要控制翻边立壁角度，在翻边工艺设计中多采用一次性垂直翻边，现有工艺设计是在翻边工艺中加入夹料控制工艺和结构。在夹料翻边工艺和结构控制下，夹料翻边的前期过程中全封闭翻边立壁区域板料厚度方向的夹料正压力大，翻边立壁区域径向减薄开始，翻边立壁区域凸缘切向未有变化；在夹料翻边中期过程中全封闭翻边立壁区域进料方向的单向成形拉力逐渐变大，翻边立壁区域径向减薄加剧，翻边立壁区域凸缘切向开始压缩；在夹料翻边后期过程中全封闭翻边立壁区域进料方向的单向成形拉力突然变小，翻边立壁区域径向减薄结束，翻边立壁区域凸缘切向压缩连续堆积，最终在翻边立壁区域凸缘形成增厚的翘曲现象。为了解决夹料翻边工艺导致的翻边立壁区域凸缘形成增厚的翘曲现象，我们在夹料翻边工艺基础上将原有的正间隙垂直翻边工艺及结构改为负间隙相遇翻边工艺及结构，下面我们将以某车型冲压门外板作为研究对象，研究负间隙相遇翻边工艺及结构如何控制冲压门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题。

某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题确认

某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲状态

某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲严重，单件门槛区域翻边立壁凸缘翘曲缺陷严重，凸缘翘曲量0.8mm，凸缘翘曲宽度1.5mm，左右门外板状态一致，压合后翻边立壁凸缘翘曲缺陷依旧，如图1 所示，属于不可接受的工艺质量缺陷，需对门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲的表面质量缺陷进行分析及有效控制。

图1 某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲状态

夹料翻边工艺分析

夹料翻边工艺顾名思义，就是在翻边过程中加入对翻边立壁进行夹持的工艺，这与拉深成形的压料工艺类似，因此在夹料工艺的控制下，翻边立壁的成形过程相对稳定，翻边立壁切向的聚料不可见，翻边立壁的弯曲轻微，翻边立壁质量状态良好，但是翻边立壁区域凸缘位置翘曲明显，并且该翘曲现象是在夹料翻边过程中逐步形成的，具体见以下过程分析。

⑴ 夹料翻边前期过程工艺分析。在夹料翻边工艺的控制下，全封闭翻边立壁区域板料厚度方向的夹料正压力大，翻边立壁区域径向减薄开始，翻边立壁区域凸缘切向未有变化，如图2 所示。

图2 某车型门外板夹料翻边前期过程的工艺分析示意图

根据上面的过程分析，可以确认夹料的力量决定了板料厚度的变化，也就是在足够的夹料力的作用下可以有效控制翻边立壁区域径向拉应力，并维持翻边立壁区域径向拉应力稳定，在这个稳定的翻边立壁区域径向拉应力的作用下，可以保证翻边轮廓圆角区域材料的均匀减薄，从而有效的进行圆角定形，对于稳定翻边后的圆角回弹是非常有益的。

⑵ 夹料翻边中期过程工艺分析。在夹料翻边工艺的控制下，全封闭翻边立壁区域进料方向的单向成形拉力逐渐变大，翻边立壁区域径向减薄加剧，翻边立壁区域凸缘切向开始压缩，如图3 所示。

图3 某车型门外板夹料翻边中期过程的工艺分析示意图

根据上面的过程分析，可以确认在翻边成形深度不断增加过程中，翻边立壁区域的材料在内部翻边成形力的拉扯作用下，进料方向的径向拉应力越来越大，翻边轮廓圆角区域材料定形后均匀减薄逐渐停止，减薄逐渐向翻边立壁转移，并且在翻边立壁凸缘附近出现减薄加剧的现象，鉴于金属材料塑性变形体积不变的特性，翻边立壁凸缘将出现切向压应力增大的现象，也就出现了翻边轮廓立壁区域凸缘切向压缩，这个现象导致翻边立壁凸缘增厚，翻边立壁凸缘的增厚与夹料型面形成干涉，使夹料型面对翻边立壁的夹持作用越来越小，从而导致翻边立壁的材料厚度方向不受控，翻边立壁出现不均匀翘曲回弹，严重影响翻边立壁的质量。

⑶ 夹料翻边后期过程工艺分析。在夹料翻边工艺的控制下，全封闭翻边立壁区域进料方向的单向成形拉力突然变小，翻边立壁区域径向减薄结束，翻边立壁区域凸缘切向压缩连续堆积，最终在翻边立壁区域凸缘形成增厚的翘曲现象，如图4 所示。

图4 某车型门外板夹料翻边后期过程的工艺分析示意图

根据上面的过程分析，可以确认在翻边成形逐渐完成时，翻边立壁区域的材料逐渐脱离夹料型面的控制范围，翻边立壁区域进料方向的径向拉应力逐渐变小，并在翻边立壁区域的材料脱离夹料型面控制范围的一瞬间，翻边立壁区域进料方向的径向拉应力突然达到最小甚至消失，翻边轮廓立壁区域径向减薄结束，意味着翻边轮廓立壁区域径向拉应力消失，在这个过程中，翻边立壁区域凸缘切向压应力不断增大，翻边立壁区域凸缘切向压缩形成连续堆积，在翻边轮廓立壁区域径向拉应力消失的一瞬间，翻边立壁区域凸缘切向压应力同样消失，翻边立壁区域凸缘切向压缩连续堆积结束，最终在翻边立壁区域凸缘形成增厚区域，该增厚区域与翻边立壁出现的不均匀翘曲连成一体，形成翻边立壁凸缘翘曲现象，严重影响翻边立壁质量。

夹料翻边结构分析

夹料翻边结构已经成为标准结构，目前结构设计就是在翻边下模外侧增加夹料结构并配合翻边凹模设计成为一体的相对运动结构，如图5 所示，结构中下模翻边凸模的翻边轮廓圆角和翻边凸模间隙面需要合理的尺寸设计，下模翻边夹料的轮廓圆角和翻边夹料工作位置需要合理的尺寸设计，并且下模翻边夹料躲避面与翻边凸模间隙面间的距离需要合理的尺寸设计，上模翻边凹模的成形圆角和翻边间隙需要合理的尺寸设计，并且夹料间隙需要合理的尺寸设计，夹料翻边结构设计为一体相对运动结构，相互间的尺寸关系及作用具体及结构分析如图5 所示。

图5 某车型门外板夹料翻边结构设计示意图

⑴ 夹料翻边下模凸模结构分析。在夹料翻边一体的相对运动结构的控制下，结构中下模翻边凸模的翻边轮廓圆角和翻边凸模间隙面需要合理的尺寸设计，如图6 所示。

图6 某车型门外板夹料翻边下模凸模结构分析示意图

根据上面的结构分析，可以确认下模翻边凸模的翻边轮廓圆角的半径直接影响翻边立壁的回弹，也就是在圆角半径足够小的情况下可以有效控制翻边立壁的正回弹，合理的圆角半径尺寸有效的控制了翻边轮廓圆角的定形稳定性，而车门外板的翻边立壁也是车门总成的压合面，为了更加完美的展现出压合后的产品棱线状态，翻边轮廓圆角的半径一般设计为0.3mm，随着料厚的增加，翻边轮廓圆角的半径不可小于料厚对应的最小弯曲半径；为了稳定车门外板翻边立壁的回弹角度，下模翻边凸模间隙面一般设计为垂直于模具底板安装面，这样的垂直设计配合小的翻边轮廓圆角半径，有效的将车门外板翻边立壁成形角度控制在95°以内，保证了压合总成工艺要求，对压合总成稳定是非常有益的。

⑵ 夹料翻边下模夹料结构分析。在夹料翻边一体的相对运动结构的控制下，结构中下模翻边夹料的轮廓圆角和翻边夹料工作位置需要合理的尺寸设计，并且下模翻边夹料躲避面与翻边凸模间隙面间的距离需要合理的尺寸设计，如图7 所示。

图7 某车型门外板夹料翻边下模夹料结构分析示意图

根据上面的结构分析，可以确认下模翻边夹料的轮廓圆角半径对夹料过程并无直接的影响，只要不对翻边立壁的内表面形成刮擦损伤就不影响夹料的正常工作，因此夹料轮廓圆角的半径一般设计为0.2mm，不是锋利刃口状态即可；夹料工作位置是直接参与夹料工作的主要控制尺寸，夹料工作位置的合理尺寸直接影响夹料的开始点，而且直接影响翻边开始点的有效性，一般夹料工作位置设计为高于翻边凸模顶面1.0mm 的位置，也就是夹料工作的开始点略早于翻边开始点，这样可以实现先夹料后翻边，夹料翻边的工艺可行性有保证；夹料躲避面间隙尺寸是夹料结构设计中比较有争议的一项结构尺寸设计，多数人认为间隙越大越好，其实在设计夹料躲避面间隙时，主要考虑的是退件零件的强度问题，目前最佳的夹料躲避面间隙为2.0mm ～3.0mm，这时的退件零件顶出面最大厚度尺寸为1.6mm ～2.6mm，可以满足使用强度的要求，夹料躲避面间隙过大还会出现翻边立壁凸缘脱离夹料型面过早，导致翻边立壁切向波浪的产生，同样影响翻边立壁的质量。

⑶ 夹料翻边上模凹模结构分析。在夹料翻边一体的相对运动结构控制下，上模翻边凹模的成形圆角和翻边间隙需要合理的尺寸设计，夹料间隙需要合理的尺寸设计，如图8 所示。

图8 某车型门外板夹料翻边上模凹模结构分析示意图

根据上面的结构分析，可以确认上模翻边凹模圆角的半径直接影响翻边立壁的弯曲回弹状态，也就是在圆角半径合理的情况下才可以有效控制翻边立壁的弯曲回弹，合理的圆角半径尺寸有效的挤压着翻边立壁控制了翻边立壁的定形稳定性，翻边凹模圆角的半径一般设计为1.5mm ～2mm，随着料厚的增加，翻边凹模圆角的半径随之加大；翻边间隙是翻边工艺中常规的尺寸设计，为了更好的满足翻边立壁的质量要求，目前最佳的翻边间隙为料厚t+0.05mm，翻边间隙过大会出现翻边立壁成形挤压失控，导致翻边立壁切向波浪的产生，影响翻边立壁的质量；夹料间隙面是直接参与夹料工作的主要控制面，夹料间隙的合理尺寸直接影响夹料的正压力，是直接影响翻边立壁减薄的根本因素，一般夹料间隙设计为料厚t 的尺寸，也就是板料厚度是什么尺寸，夹料间隙就是什么尺寸，这样有助均衡的控制夹料力。

某车型门外板夹料翻边模具现状分析

为了更好的确认某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题，对某车型门外板夹料翻边模具进行结构，模面功能性确认，图9 所示为该夹料翻边模具型面及结构设计时典型的封闭式夹料翻边设计。

图9 某车型门外板夹料翻边上下模夹料设计示意图

封闭式夹料翻边模具中，下模翻边凸模的翻边轮廓圆角的半径为0.3mm；下模翻边凸模间隙面垂直于模具底板安装面；下模翻边夹料的轮廓圆角半径为0.3mm，不是锋利刃口状态；夹料工作位置高于翻边凸模顶面1.0mm；夹料躲避面间隙为3.0mm；上模翻边凹模圆角的半径为1.5mm；翻边间隙为料厚t+0.05mm；夹料间隙为料厚t 的尺寸，符合所有工艺参数的设计要求，虽然有效的控制了尺寸稳定性和翻边棱线A 面表面质量稳定性，但是无法消除门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题，所以在此夹料翻边结构设计基础上，我们研究开发了一种可以消除翻边立壁凸缘翘曲的新的翻边工艺及结构，是将原有的正间隙垂直翻边工艺及结构改为负间隙相遇翻边工艺及结构，下面我们将研究负间隙相遇翻边工艺及结构如何控制冲压门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题。

某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题优化研究

某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题方案确定

将夹料翻边工艺中原始设计的正间隙垂直翻边工艺及结构改为负间隙相遇翻边工艺及结构，翻边凸模成形间隙面增加挤压造型，造型为间隙面的斜面设置，挤压最高点0.3mm 对应翻边立壁凸缘翘曲位置，挤压最低点0mm 对应翻边轮廓圆角内部切点位置，翻边凹模间隙面不变，翻边时翻边凹模间隙面与翻边凸模成形间隙面增加挤压造型面共同作用形成小于板料厚度t 的负值成形间隙，这就是负间隙相遇翻边工艺及结构，如图10 所示。

图10 某车型门外板改为负间隙相遇翻边工艺及结构的设计示意图

某车型门外板夹料翻边模具下模型面修改

依据翻边凸模成形间隙面增加挤压造型，挤压最高点0.3mm 对应翻边立壁凸缘翘曲位置，挤压最低点0mm 对应翻边轮廓圆角内部切点位置，进行翻边凸模间隙面造型修改，并确认挤压造型面挤压点位置，如图11 所示。

图11 某车型门外板翻边模具下模型面修改示意图

某车型门外板夹料翻边模具型面研合

依据翻边凸模增加的挤压造型面的挤压最高点0.3mm，进行翻边挤压造型面的研合，为了保证研合后的翻边间隙为小于板料厚度t 的负值间隙，采用贴纸法进行翻边间隙确认，每层贴纸0.1mm，每贴一层纸都进行着色验证，直至贴纸表面着色均匀后，确认贴纸层数为5 层，挤压后贴纸表面着色见白均匀，如图12 所示，至此可以进行翻边间隙均匀性研合。

图12 某车型门外板翻边模具型面研合示意图

某车型门外板夹料翻边模具型面研合后实验件确认

翻边凸模增加的挤压造型面进行翻边间隙研合后，实验件确认门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲缺陷消除，凸缘翘曲量0mm，凸缘翘曲宽度0mm，左右车门外板翻边立壁状态一致，如图13 所示。

图13 某车型门外板翻边凸模成形间隙面增加挤压造型后实验件验证结果示意图

生产件压合总成效果验证

某车型门外板夹料翻边工艺中原始设计的正间隙垂直翻边工艺及结构改为负间隙相遇翻边工艺及结构后，生产单件确认门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲消除，左右车门外板翻边立壁状态一致，车门总成验证压合总成边内部轮廓凸缘无翘曲缺陷，如图14 所示。

图14 某车型门外板单件翻边立壁凸缘翘曲消除后压合总成验证结果示意图

某车型门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题经过前面的实例分析，可以看到，将车门外板夹料翻边工艺中原始设计的正间隙垂直翻边工艺及结构改为负间隙相遇翻边工艺及结构，翻边凸模成形间隙面增加挤压造型，保证翻边间隙为负值并研合均匀，直接对翻边立壁凸缘翘曲位置进行整形校正，冲压门外板单件夹料翻边立壁凸缘翘曲消除，压合总成边内部轮廓凸缘无翘曲缺陷。通过冲压门外板夹料翻边立壁凸缘翘曲问题分析与优化研究，这种技术可横展至其他车型的同类质量问题优化工作中，为冲压领域的冲压件质量提升开拓了思路，奠定了基础。