某頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪控制方法的研究

文／盧智威，賈文彬，趙鋒，劉海東，鹿勝寶·中國第一汽車集團有限公司

頂蓋外板由于拉延成形的不均勻，往往會在兩側(cè)頂面上產(chǎn)生波浪，再加上拉延件成形后的不均勻聚料，使頂面彈性恢復(fù)問題更加嚴(yán)重。本文依托CAE 分析，計算合理的模具型面補償量，用過A 面補償方法對棱線整形工序進(jìn)行模面功能性提升，優(yōu)化模具型面工藝性能，結(jié)果顯示頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪問題優(yōu)化至消除。

頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪屬于工藝類缺陷，頂面彈性恢復(fù)問題的嚴(yán)重程度取決于拉延件成形后的不均勻聚料程度，同時棱線整形后頂面的穩(wěn)定性取決于理論狀態(tài)下整形模具型面的有效支撐。頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪嚴(yán)重，導(dǎo)致制件表面質(zhì)量降低，影響整車美觀性。現(xiàn)基于CAE 分析中量化顯示的減薄狀態(tài)及應(yīng)力狀態(tài)，量化CAE 分析中的彈性恢復(fù)控制數(shù)據(jù)，判斷模具型面補償方法“過A面補償”的補償數(shù)據(jù)，并對模具零件A 面(A 面指的是A 級曲面，針對造型和工藝而言，其既要滿足造型美學(xué)的特征要求，又要滿足結(jié)構(gòu)、沖壓、模具、裝配等工藝要求，對于沖壓模具而言，A 面就是理論模面)進(jìn)行增量補償，通過合理的壓料控制、標(biāo)準(zhǔn)的研磨手段，可以有效地控制頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪問題。

頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪問題

兩側(cè)頂面波浪的狀態(tài)

某車型頂蓋外板兩側(cè)頂面存在嚴(yán)重波浪缺陷(圖1)，雖然缺陷位于整車頂部，但是從整車后側(cè)依然可以看到局部的波浪狀態(tài)，嚴(yán)重影響整車涂裝后的目視效果，屬于不可接受的缺陷。通過沖壓生產(chǎn)后進(jìn)行返修來消除缺陷往往會返修成本高，因此必須對頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪進(jìn)行分析及控制。

圖1 兩側(cè)頂面波浪位置及狀態(tài)

兩側(cè)頂面波浪問題分析

CAE 分析

頂蓋外板兩側(cè)頂面位于頂蓋外板中部成形時主次應(yīng)變不均勻區(qū)域，由于中部塌陷進(jìn)行型面補償?shù)脑?，兩?cè)棱線頂面存在變形不均勻區(qū)域，該區(qū)域進(jìn)行二次棱線整形(立壁深度變化、立壁角度變化)，棱線整形后頂面應(yīng)變不均勻趨勢加大，頂面出現(xiàn)了不均勻波浪現(xiàn)象。

CAE 分析中，通過圖2 可以清晰地看到，兩側(cè)頂面波浪缺陷區(qū)域頂面減薄并不均勻，而且這個不均勻的原因主要來自頂蓋外板中部型面補償后，兩側(cè)邊緣區(qū)域出現(xiàn)的應(yīng)變變化。一般而言，這種情形下需要考慮對外側(cè)進(jìn)料的控制來優(yōu)化兩側(cè)棱線附近的成形狀態(tài)。

圖2 頂蓋外板兩側(cè)頂面減薄示意圖

CAE 分析中，通過圖3 可以清晰地看到，兩側(cè)頂面減薄不均勻區(qū)域?qū)?yīng)的立壁區(qū)域減薄值已經(jīng)接近該材料的模擬分析規(guī)定減薄的極限值，在這種情況下是無法通過控制外側(cè)進(jìn)料來優(yōu)化兩側(cè)棱線附近成形狀態(tài)的。

圖3 頂蓋外板兩側(cè)拉延立壁減薄示意圖

CAE 分析中，如圖4 所示，在既保證兩側(cè)頂面減薄不均勻區(qū)域?qū)?yīng)的立壁區(qū)域減薄合理，又要保證兩側(cè)頂面成形合理的前提下，兩側(cè)頂面成形不均勻的狀態(tài)已經(jīng)成為必然。這種情況下，兩側(cè)頂面的主次應(yīng)變狀態(tài)顯示，主次應(yīng)變偏小的位置正對著兩側(cè)頂面波浪位置，在棱線整形后的不均勻波浪將殘留在兩側(cè)頂面上。

圖4 頂蓋外板兩側(cè)頂面主次應(yīng)變示意圖

實物狀態(tài)分析

根據(jù)CAE 分析，我們得出在保證拉延成形性的前提下，拉延件兩側(cè)頂面成形不均勻?qū)⑹潜厝?。修邊后，成形不均勻位置將出現(xiàn)修邊應(yīng)力釋放引起的頂面變化。頂蓋外板兩側(cè)頂面狀態(tài)示意圖見圖5。

通過圖5 可以清晰地看到，實物拉延件兩側(cè)頂面沒有波浪缺陷，但是修邊后由于應(yīng)力釋放，兩側(cè)頂面出現(xiàn)波浪缺陷；周邊棱線整形后，兩側(cè)頂面波浪加重；二次修邊后，兩側(cè)頂面波浪狀態(tài)不再變化。由此可見，兩側(cè)頂面波浪的變化集中在修邊工序與整形工序，如果使用過A 面補償方法對模具進(jìn)行模面功能性提升的話，優(yōu)選整形工序。

圖5 頂蓋外板兩側(cè)頂面狀態(tài)示意圖

頂蓋周邊棱線整形工藝

如圖6 所示，頂蓋外板周邊棱線立壁整形深度變化為0.9mm，頂蓋外板周邊棱線立壁整形角度變化為18°。通常在整形工序中，整形模具下模型面對整形前工序件兩側(cè)頂面起到有效的型面支撐作用，防止整形變化對頂蓋外板頂面非變形區(qū)域產(chǎn)生強行變化。

圖6 頂蓋外板周邊棱線整形工藝零件變化示意圖

整形模具分析

如圖7 所示，鑒于頂蓋外板周邊棱線整形工藝為變角度及深度的整形工藝，需要進(jìn)行整形模具全型面設(shè)計，現(xiàn)有頂蓋外板整形模具就是按此思路設(shè)計的，可以使用過A 面補償方法對整形模具進(jìn)行模面功能性提升。

圖7 頂蓋外板周邊棱線整形模具結(jié)構(gòu)示意圖

如圖8 所示，使用過A 面補償方法對整形模具進(jìn)行模面功能性提升前，首先對頂蓋外板周邊棱線整形凸模型面進(jìn)行測量，確認(rèn)型面狀態(tài)。

圖8 頂蓋外板周邊棱線整形模具下模凸模型面測量示意圖

下模型面模面功能提升分析

為了更好地解決頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪問題，優(yōu)選對整形模具下模型面的模面進(jìn)行功能性提升，選擇型面補償?shù)姆椒?，既可以保證型面飽滿無缺陷，又可以保證整形后頂面型面的穩(wěn)定性。這就要進(jìn)行必要的補償量計算，并將型面變化量納入到型面補償量化值中，如圖9 所示，根據(jù)CAE 分析中兩側(cè)頂面減薄狀態(tài)確認(rèn)變化量并進(jìn)行列表統(tǒng)計，測量數(shù)據(jù)見表1。

圖9 頂蓋尾鰭翻孔頂面數(shù)據(jù)示意圖

表1 頂蓋工序件天窗后角頂面測量數(shù)據(jù)(單位mm)

由表1 數(shù)據(jù)可以看出，缺陷位置各個點的數(shù)據(jù)不同，最大為0.037mm，取值0.04mm。理論補償量等于這些最大變化值加上模具零件型面缺失量，模具型面缺失量按照最大值0.12mm 來算，所以兩側(cè)頂面位置的理論補償量為0.04 ＋0.12 ＝0.16mm，型面理論補償均值取0.15mm。鑒于整形深度為0.9mm，量值較小，頂面棱線區(qū)域圓角大小不發(fā)生變化，因此模具型面補償量采用理論補償均值即可。

方案實施及效果確認(rèn)

總體方案

通過以上分析，在頂蓋外板兩側(cè)頂面成形過程中，周邊棱線整形工序前頂面波浪缺陷穩(wěn)定的前提下，對整形模具下模凸模型面進(jìn)行型面補償，以此對周邊棱線整形模具模面的功能性進(jìn)行優(yōu)化提升。

實施情況

下模凸模型面精密冷焊，以增量0.15mm 進(jìn)行型面補償，過程修正后對壓料型面進(jìn)行可控性補償0.10mm，研磨修整后進(jìn)行過程出件確認(rèn)，最終進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備出件確認(rèn)。

下模凸模型面增量補償0.15mm

整形模具凸模型面進(jìn)行精密冷焊，增量補償為0.15mm，初步研磨后進(jìn)行型面著色確認(rèn)，如圖10所示。

圖10 整形模具凸模型面補償0.15mm 修整狀態(tài)示意圖

整形模具凸模型面左右兩側(cè)精研磨，如圖11 所示。整形模具凸模左右兩側(cè)型面拋光，如圖12 所示。

圖11 整形模具凸模左右兩側(cè)型面精研磨狀態(tài)示意圖

圖12 整形模具凸模左右兩側(cè)型面拋光狀態(tài)示意圖

上模壓料型面增量補償0.10mm

整形模具壓料型面進(jìn)行精密冷焊，增量補償0.10mm，如圖13 所示。

圖13 整形模具壓料型面補償0.10mm 修整狀態(tài)示意圖

整形模具左右側(cè)壓料型面著色研磨，如圖14 所示。

圖14 整形模具凸模左右兩側(cè)型面著色研磨狀態(tài)示意圖

效果驗證

頂蓋外板兩側(cè)頂面成形過程中，周邊棱線整形前頂面波浪穩(wěn)定的前提下，優(yōu)化整形模具模面狀態(tài)，保證整形下模型面飽滿、光順狀態(tài)，同時通過可控的整形壓料型面補償，壓料型面精研磨來控制整形頂面非變形區(qū)不變形，以批量生產(chǎn)驗證穩(wěn)定性。頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪消除狀態(tài)見圖15。

圖15 頂蓋外板兩側(cè)頂面狀態(tài)

結(jié)束語

在頂蓋工藝分析設(shè)計時，為了頂蓋整體成形狀態(tài)的合理性，應(yīng)對中部塌陷而進(jìn)行的局部補償，這導(dǎo)致了局部成形的應(yīng)力不均勻狀態(tài)，最終導(dǎo)致頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪問題的產(chǎn)生。為解決此類問題，在確保周邊棱線整形前頂面波浪缺陷穩(wěn)定的前提下，以分析理論補償量確定模具型面的補償量，采用型面補償方法對整形過程中的下模支撐型面進(jìn)行增量補償，對整形工藝壓料進(jìn)行可控研磨，徹底消除了頂蓋外板兩側(cè)頂面波浪問題。