汽車頂蓋外板起皺問題研究和改進

王 震，徐 肖

安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心（安徽合肥230601）

1 引言

汽車白車身主要有鈑金沖壓件焊接連接組成，因沖壓件單件的面品質(zhì)量、精度（面差、止口、孔）對整車精度及質(zhì)量有直接影響。沖壓件單件除了精度要滿足指標(biāo)要求外，其外觀面品質(zhì)量要求也不允許存在開裂、起皺、疊料、拉毛、凹陷、鼓包等質(zhì)量問題，特別是外覆蓋件質(zhì)量要求更高。對于頂蓋尾部鉸鏈安裝臺階面起皺問題，屬于A 類等級的品質(zhì)缺陷，嚴(yán)重影響整車質(zhì)量。本文針對現(xiàn)有某車型頂蓋外板調(diào)試過程中出現(xiàn)的尾部鉸鏈安裝臺階面起皺問題，基于CAE仿真分析判斷及現(xiàn)場排查驗證，查找出問題產(chǎn)生的具體原因，并提供有效的措施和改進方案，解決起皺問題，提升制件質(zhì)量[1]。

2 起皺問題描述

頂蓋外板在沖壓生產(chǎn)調(diào)試過程中，尾部與尾門搭接的位置為“乙”字形結(jié)構(gòu)，頂蓋尾部寬度方向“乙”字形結(jié)構(gòu)底部兩側(cè)設(shè)置有尾門鉸鏈安裝臺面，用于安裝尾門鉸鏈安裝尾門，兩個鉸鏈安裝臺面中間的型面上設(shè)置有多個臺階造型，用于增加制件剛性強度。其負角結(jié)構(gòu)主要通過斜楔機構(gòu)側(cè)整形實現(xiàn)，但實際生產(chǎn)時，該“乙”字形底部經(jīng)常會出現(xiàn)嚴(yán)重起皺或明顯的皺痕（見圖1），該問題對車身存在以下影響：①沖壓件表面質(zhì)量差，不達標(biāo)；②沖壓成形過程起皺、疊料，導(dǎo)致凸凹模型面磨損，模具使用壽命降低；③尾部安裝臺面起皺不平，與尾門鉸鏈支架裝車安裝時，搭接面匹配性很差。

圖1 頂蓋外板尾部與尾門搭接處起皺

該頂蓋外板材質(zhì)為DC04，料厚為0.7mm。沖壓成形工藝規(guī)劃由4工序完成，具體如圖2所示。OP10實現(xiàn)內(nèi)板造型的拉伸成形；OP20 修邊、沖孔；OP30 周圈法蘭面局部整形，尾部“乙”字形結(jié)構(gòu)側(cè)整形；OP40翻邊、整形、沖孔。

圖2 頂蓋外板工序圖

檢查每一工序件的出件狀態(tài)，排查起皺產(chǎn)生的具體工位。起皺問題主要出現(xiàn)在第三工序，即第二工序中的工藝補充面轉(zhuǎn)變?yōu)橹萍Y(jié)構(gòu)的過程起皺。因此，基本可以確定頂蓋外板的尾部可視面起皺是由側(cè)整形產(chǎn)生的。

3 起皺原因分析

對整形工序可能造成起皺的原因，通過人機料法環(huán)測的魚刺圖進行初步分析，如圖3所示。可以發(fā)現(xiàn)，問題主要集中在尾部整形前的工藝補充、材料性能、機床參數(shù)、模具表面質(zhì)量、側(cè)整形側(cè)壓料力、側(cè)整形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、凸凹模材質(zhì)選用幾個方面。

3.1 整形模型面研配不達標(biāo)

通過在OP20 完成的制件表面刷藍單涂料，然后進行整形沖壓出件，根據(jù)模具凸凹模具表面顏色附著率，判斷尾部成形部分研合率是否達標(biāo)[2]，如圖4 所示，經(jīng)現(xiàn)場驗證判斷，工作部位研配精度滿足要求，因此，整形模型面研配并非導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.2 機床工況差、加工精度不足

調(diào)試使用的壓機對汽車板件的調(diào)試有很大的影響，特別是機床的穩(wěn)定性及上下臺面的平面度，會使得外板件調(diào)試的效果失真[3]。

汽車外覆蓋件的加工對加工數(shù)模的公差要求比較高，模具加工設(shè)備應(yīng)同樣要滿足加工精度要求。現(xiàn)場加工數(shù)模的處理是在CATIA 中進行，公差為0.01mm。加工設(shè)備采用的是OKUMA 加工中心。壓機工況良好、加工精度滿足要求，因此，機床參數(shù)、加工精度不是導(dǎo)致起皺的根本原因。

圖3 通過魚刺圖對起皺原因進行初步排查

圖4 頂蓋尾部成型著色率

3.3 壓機噸位選用及成形參數(shù)設(shè)置不合理

沖壓調(diào)試機床參數(shù)需要根據(jù)工藝設(shè)計、CAE分析中既定的壓力參數(shù)等設(shè)置，保證調(diào)試實際出件結(jié)果與分析結(jié)果對比的有效性。

頂蓋4道工序壓機噸位分別為1,600t、800t、800t、800t，與成形分析參數(shù)比較，機床噸位滿足生產(chǎn)需求，如圖5所示。因此，壓機噸位選用及成形參數(shù)設(shè)置不是導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.4 材料性能

材料對沖壓件的成形性能存在很大的影響，每種材料的力學(xué)性能是存在差異的，特別是材料硬化指數(shù)n值和厚向異性系數(shù)r值，直接影響板材成形時抵抗起皺變形的能力[4]。頂蓋外板材質(zhì)為DC04，現(xiàn)場同時使用馬鋼和寶鋼的料片進行生產(chǎn)，拉伸過后都存在起皺。經(jīng)檢測提供的材料，滿足使用要求，因此，材料性能不是導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.5 尾部整形前的工藝補充面設(shè)計不合理

起皺出現(xiàn)的工序：通過對各工序成形后狀態(tài)對比確認，起皺問題主要出現(xiàn)在第三工序，即第二工序中的工藝補充面轉(zhuǎn)變?yōu)橹萍Y(jié)構(gòu)的過程起皺，如圖6所示。

圖5 CAE分析所需成形力及壓料力

CAE模擬分析結(jié)果：通過成形過程模擬仿真分析（見圖7），各個工序的工藝補充面對緊后工序成形有直接影響，工藝補充面過長或過短會出現(xiàn)起皺或開裂，因此，尾部整形前的工藝補充面設(shè)計不合理是造成側(cè)壁起皺的原因。

3.6 側(cè)整形尾部坯料尺寸偏小，壓料不穩(wěn)

側(cè)整形工序尾部料邊尺寸根據(jù)制件展料計算得出，跟坯料尺寸大小無關(guān)，中間為側(cè)整形區(qū)域，尾端壓料。該種成形方式較常用，壓料力足夠時，尾部壓料區(qū)域可實現(xiàn)有效壓料[5]。

圖6 整形前后工序型面對比

圖7 CAE模擬分析結(jié)果與實物狀態(tài)

起皺與尾部坯料尺寸無關(guān)，壓料區(qū)可實現(xiàn)有效壓料。尾部側(cè)整形壓料力足夠，因此，側(cè)整形壓料不穩(wěn)并非導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.7 側(cè)整形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及凸凹模材質(zhì)選用不合理

結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果：對比公司相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時結(jié)構(gòu)模具結(jié)果運動過程的原理及可實現(xiàn)性分析，模具結(jié)果合理，滿足生產(chǎn)要求。

凸凹模材質(zhì)選用結(jié)果：通過公司模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)分析，凸凹模均采用鑄空冷鋼，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，模具結(jié)構(gòu)、材質(zhì)并不是致起皺的根本原因。

4 方案制定

4.1 確定起皺問題所在工序

通過識別現(xiàn)場各工序?qū)嶋H出件質(zhì)量，結(jié)合CAE分析過程變化，對制件成形過程中各工序尖角位置造型變化，判斷尾部安裝面起皺問題出現(xiàn)的所在工序，確定為第三工序OP30側(cè)整形時出現(xiàn)起皺問題。

4.2 確定起皺具體原因、機理

頂蓋尾部所有臺階造型在OP10 拉伸工序中拉伸成形實現(xiàn)，理論上在OP30 中側(cè)在側(cè)整形結(jié)束后所有已成形出來的臺階應(yīng)該正好到達制件的理論臺階位置。

但是，實際側(cè)整成形過程中，如圖8所示，臺階造型運動到位后又繼續(xù)往內(nèi)側(cè)運動了一定距離，使得OP10中已經(jīng)成形的臺階造型被強壓抹平從而造成了起皺痕跡，且造成安裝臺面位置起皺嚴(yán)重，無法消除，即OP10中首先成形出來的臺階造型過于靠前，側(cè)整時往內(nèi)側(cè)移動過多。

圖8 側(cè)整形前后臺階起皺移動距離

4.3 制定整改方案

根據(jù)措施2 中的起皺機理，分析工藝模面并結(jié)合實物測量結(jié)構(gòu)，確定整改方案及整改量。

如圖9 所示，OP10、OP20 原臺階面造型往外側(cè)移動，保證整形前后截面線長度基本一致。

圖9 側(cè)整形前后弧長對比

設(shè)計要點：OP20到OP30側(cè)整形前后，保證臺階R角內(nèi)側(cè)整形區(qū)域的截面弧長基本一致，即右圖中紅色曲線與綠色曲線弧長基本一致。

根據(jù)制定方案后工藝圖紙，下發(fā)技術(shù)通知單，進行實物整改，模具結(jié)構(gòu)中分別對OP10、OP20中臺階面位置進行補焊加工。

改進后結(jié)果如圖10所示，通過對尾部面品質(zhì)量對比可知，大面積起皺問題的A 類缺陷完全消除，大批量生產(chǎn)均無起皺問題，表面光順較好。

圖10 整改前后出件狀態(tài)

5 結(jié)語

針對某車型頂蓋外板可視面的起皺問題，在生產(chǎn)調(diào)試過程中，通過CAE 輔助驗證，排除可能引起起皺問題的型面研配、加工精度、機床參數(shù)、材料性能、壓料力、模具結(jié)構(gòu)等可能影響因素，最終確定導(dǎo)致沖壓件缺陷的主要原因是尾部整形前的工藝補充面設(shè)計不合理。通過原因分析制定了對應(yīng)的改進方案措施，最終解決起皺問題，保證制件外觀質(zhì)量的達成。