关于侧围模具上边框侧成形结构分析

侧围外板是汽车车身中成形难度最大的零件之一。成形过程中难度大、易回弹、易扭曲，对其尺寸合格率及面品质量要求极高。侧围模具上边框的侧成形结构受产品形状、各滑块及符型托料帽子强度、机械手操作空间等因素限制。侧成形结构形式多样，下面针对相关结构进行分析。

侧围模具上边框侧成形结构

侧围是轿车车身中最重要的部件，其质量直接影响到汽车整体外观效果。因此侧围模具质量十分重要，各部件强度必须足够。但在实际生产中经常发现侧成形模具中帽子过薄、局部缺量等问题，造成强度不足。

图1所示的结构是十分典型的侧围模具上边框侧成形结构，制件上边框形状简单，制件负角区域平缓，制件取放良好，成形滑块及符型帽子强度好，0°的侧翻机构及0°的成形滑块采用背推驱动方式，机构稳定受力性好。侧芯侧压料宽度足够，制件侧成形效果稳定。

图1 常规侧翻结构

成形滑块为两段拼接滑配的情况

有的时候，成形滑块受结构限制无法做成整体形式，而分为两段拼接滑配结构（图2），该结构优点是结构简洁、稳定，缺点是增加了调试的难度和工作量。如果调试不到位，在拼口处的两个滑块在侧成形时因为受力不均会产生窜动，在上边框的A面上产生痕迹。这种结构有风险，选用时需要谨慎。

图2 两段拼接滑配的成形滑块

另外，这种拼接结构由于是两种驱动方式，滑块的到位会有先后顺序，因此拼口的方向和驱动的行程关系要特别注意。

上边框带有废料的侧成形结构（双侧芯结构）

这种双侧芯结构（图3）因为上边框的侧成形工序排到侧修边工序之前，工艺顺序为先成形，后修边。优点是后精修制件精度高，缺点是这有可能增加侧围模具的工序。双侧芯结构较单侧芯结构复杂。

图3 双侧芯结构

由于上边框带有废料，增加了制件的厚度，增大了机械手取放件的空间要求。滑块及机构侧芯的行程也要满足取件。

受产品条件限制的侧围上边框A柱侧翻边结构

图4所示为受产品条件限制的侧围上边框A柱侧翻边结构。

图4 受产品条件限制的侧围上边框A柱侧翻边结构

受A柱产品造型限制，产品上边梁比较窄，门槛制件角度比较大，这样的产品造型给后序的侧翻整模具结构设计造成很大的困难。由于侧翻角度是定值，那么滑车的回退角度相应也就定下来了。像常规上边梁侧翻结构，回退滑块和托料帽子镶块全部符型的话，还要考虑负角取件问题。常规情况下，回退滑块的符型区Z向视图边界要大于负角产品边界。但目前产品造型采用此结构的话，回退滑块符型区相应较大，滑块在回退状态时会和托料帽子镶块，甚至与产品制件发生干涉。在设计原则中如果滑块在回退状态，托料帽子镶块应保持与回退滑块防干涉间距2mm，此时托料帽子镶块最薄地方要求大于7mm（需要考虑基准侧料厚）,可以设计成回退滑块与托料帽子镶块为全部符型结构，也是比较理想的结构状态。

现在讨论托料帽子镶块最薄地方不能满足7mm的情况，首先我们先要考虑制件负角取件问题，托料帽子镶块的边界也就确定了，这时需要把托料帽子镶块的干涉尖角打掉。其次回退滑块的符型区宽度最小要保证20mm，才能保证侧翻的时候能够压住板料，不发生窜动。图4所示的结构形式就是这样的状态，托料帽子镶块整形区域跨度为760mm，截面最薄的地方仅仅5mm厚，强度存在问题。但综合考虑回退滑块的强度要求，这已经是最优的模具结构了。

受产品造型影响，在托料帽子镶块局部断面(图5)厚度仅有5mm的情况下，侧压料宽度为20mm，局部最薄弱处仅为16mm，常规来说这种滑块强度是明显不足的，只有在现有的滑块基础上想办法。首先材质方面换成更好的7CrSiMnMoV,其次在回退滑块和托料符型镶块之间加导板支撑。这样做的好处有两个：一方面通过导板的支撑，加强了托料符型镶块的强度；另一方面，滑块符型区后面增加的导板支撑，相当于增加了支撑筋，增加了回退滑块工作区域的强度。

图5 托料帽子镶块局部断面

侧围上边梁侧翻的结构断面图（图6）中，pad代表压料芯，压在符型帽子镶块上，CAM-slide表示回退滑块。在模具下死点时，被驱动器驱动到位，参与侧翻成形工作；模具上死点状态时，回退到位，方便制件Z向取出。CAM-PAD表示侧压料芯，C-RST-insert表示侧整镶块，CAM表示侧整机构。侧压料芯和侧整镶块都是装在侧翻机构上的，侧压料芯是弹性的，侧整镶块是刚性的。当回退滑块回程到位后，施加侧翻制件需要的压料力，侧整镶块在模具下死点实现侧翻成形。

图6 受产品条件限制的侧围上边框A柱侧翻边结构-截面图

在模具设计的同时，向主机厂申请产品ECR更改（图7）。建议将侧围上边梁前门洞的产品立壁打斜（图中红色产品区域）：⑴申请门洞的产品立壁打斜5°，这样可以将符型帽子镶块强度提高一些；⑵申请将门洞产品立壁的圆角加大，可以提高一些符型帽子镶块的强度。打斜产品立壁及放大圆角，对工艺成形性有很大好处，可以优化制件产品成形性，降低减薄过大及破裂风险。

现有产品对上边梁侧翻的回退滑块及符型帽子镶块强度有很大影响，其强度厚度低于常规的结构厚度。如果投入生产，量产大的情况下，断裂破碎的风险很大。为了规避风险，我们采用软件进行计算，可以观看回退滑块及符型帽子镶块的受力情况，判断其是否超出了材料的受力载荷。

图7 受产品条件限制的侧围上边框A柱侧翻边结构-产品更改方案

一般模具材料强度载荷安全系数这样定义：安全系数(数值)=材料的抗拉强度/最大抗拉应力，一般安全系数要大于4.5（4.5的安全系数要求是安全系数的最低标准）。低于这个数值，材料就会断裂破损。

软件仿真的最终结果显示帽子镶块最大拉应力为68MPa（图8），材料7CrSiMnMoV(铸)，抗拉强度550MPa，安全系数550/68≈8.08，大于4.5。从模拟结果分析满足使用要求，处在安全范围内。

图8 结构薄弱处结构强度核算

回退成形滑块最大拉应力68MPa，材料7CrSiMnMoV(铸)，抗拉强度550MPa，安全系数550/68≈8.08，大于4.5。从模拟结果分析满足使用要求，处在安全范围内。

由于帽子镶块和回退滑块之间仅有部分支撑座及导板作为支撑，在受力作用下导致帽子镶块总位移最大处为0.03mm，位移0.03mm不会对帽子镶块和回退滑块强度造成影响。

结束语

利用结构分析软件计算回退滑块及符型帽子镶块的强度，强度满足要求，解决了设计初期对结构强度的担心，规避了风险，为后面的加工调试提供了保证。

综上所述，侧围上边框侧成形的结构多种多样，需要不断的总结和改善，多积累经验，提高轿车侧围外板的设计及制造水平。

—— 摘自《锻造与冲压》2018年第18期