頂蓋外板后部頂面波浪優(yōu)化實(shí)驗(yàn)性補(bǔ)償方法研究(上)

文／趙鋒，王力，牛恒仁，馬翔宇·中國第一汽車集團(tuán)有限公司

某車型頂蓋外板調(diào)試件中，其后部頂面波浪嚴(yán)重影響單件表面質(zhì)量，影響頂蓋漆后整車美觀度。通過產(chǎn)品造型分析、CAE 分析中應(yīng)變不足分析、工藝設(shè)計(jì)中補(bǔ)償不足分析，明確整形模具型面需要進(jìn)行工藝補(bǔ)償。整形模具型面中針對(duì)波浪區(qū)域?qū)?yīng)的下模凸模型面進(jìn)行大面積實(shí)驗(yàn)性補(bǔ)償試驗(yàn)，壓料研合狀態(tài)合理后，經(jīng)過實(shí)物出件及生產(chǎn)線出件驗(yàn)證，頂蓋外板后部實(shí)驗(yàn)性型面補(bǔ)償優(yōu)化頂面波浪問題的優(yōu)化效果明顯。

頂蓋外板后部頂面波浪缺陷在車身覆蓋件缺陷中屬于一種工藝缺陷，這類波浪缺陷一般出現(xiàn)在靠近棱線區(qū)域的整形工藝變化位置。如果這類波浪缺陷范圍放大，甚至出現(xiàn)在頂面內(nèi)部，那就意味著首次成形工藝設(shè)計(jì)的型面存在補(bǔ)償不足的現(xiàn)象；如果首次成形模具型面與整形模具型面不一致，還會(huì)出現(xiàn)左右對(duì)稱側(cè)波浪缺陷不一致的現(xiàn)象。本文針對(duì)此類問題，從前期工藝設(shè)計(jì)的回彈補(bǔ)償分析開始，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)模具出件進(jìn)行對(duì)比，通過對(duì)整形模具型面中波浪區(qū)域?qū)?yīng)的下模凸模型面進(jìn)行大面積實(shí)驗(yàn)性補(bǔ)償試驗(yàn)，進(jìn)行合理壓料控制可以有效優(yōu)化頂蓋外板的后部頂面波浪問題。

頂蓋外板后部頂面波浪問題

現(xiàn)象描述

某車型頂蓋外板后部頂面存在波浪現(xiàn)象，中部塌陷較大，左右后角波浪對(duì)稱，具體如圖1 所示，對(duì)頂蓋外板單件表面質(zhì)量影響較大，同時(shí)影響整車漆后的目視效果，屬于不可接受狀態(tài)，因此必須對(duì)頂蓋外板后部頂面波浪問題進(jìn)行分析及優(yōu)化。

圖1 頂蓋外板后部頂面理論波浪區(qū)域及單件后部頂面波浪示意圖

原因分析

⑴產(chǎn)品特征分析。

該頂蓋外板頂面造型屬于整車X 方向與Y 方向曲率略顯平緩的造型，如圖2 所示，無論是整車X方向還是Y 方向上依據(jù)紅色直線對(duì)比，頂蓋外板造型頂面都屬于標(biāo)準(zhǔn)的在平展方向平緩的造型。這種平緩的造型設(shè)計(jì)，后部頂面必然會(huì)有由重力引起的塌陷趨勢(shì)，也會(huì)有由回彈引起的棱線高問題的出現(xiàn)，內(nèi)部聚集性波浪趨勢(shì)會(huì)更加嚴(yán)重。

圖2 頂蓋外板后部頂面曲率平緩狀態(tài)示意圖

⑵CAE 分析。

1)減薄率分析。

通過造型上的平緩狀態(tài)分析，后部角部棱線有凸起的趨勢(shì)，相對(duì)的后部角部頂面有塌陷的趨勢(shì)，如圖3 所示，通過CAE 分析，拉延減薄分析中可以清晰地看到后部頂面區(qū)域的減薄不均勻，越靠近中部減薄率越小，并且在整形減薄分析中依舊可以看到后部頂面的減薄不均勻狀態(tài)。

圖3 CAE 分析中頂蓋外板后部頂面波浪區(qū)域?qū)?yīng)的減薄不均勻狀態(tài)示意圖

根據(jù)以上減薄分析，可以確認(rèn)減薄不均勻區(qū)域?qū)儆诔尚尾痪鶆騾^(qū)域，需要確認(rèn)CAE 分析中的成形性，是否顯現(xiàn)成形不均勻狀態(tài)。

2)主應(yīng)力分析。

通過CAE 拉延成形性分析后部頂面區(qū)域成形的不均勻狀態(tài)，角部成形性較好，內(nèi)部成形性相對(duì)差一些，并且在整形成形性分析中依舊可以看到后部頂面成形不均勻狀態(tài)。

根據(jù)以上成形性分析，可以確認(rèn)成形不均勻區(qū)域?qū)儆诠に囎兓械幕貜梾^(qū)域，需要確認(rèn)CAE 分析中的回彈狀態(tài)，是否顯現(xiàn)后部頂面因彈性恢復(fù)而出現(xiàn)不均勻塌陷現(xiàn)象。

3)回彈分析。

如圖4 所示，在拉延回彈分析中可以清晰地看到夾持回彈狀態(tài)下，頂蓋外板后部中間區(qū)域塌陷明顯，塌陷量最大可以達(dá)到-1.24mm，屬于回彈失控狀態(tài)，左右后角棱線區(qū)域凸起明顯，凸起量最大可以達(dá)到+0.66mm；還可以清晰地看到整形回彈分析中的夾持回彈狀態(tài)下，頂蓋外板后部中間區(qū)域凸起明顯，凸起量最小可以達(dá)到+0.03mm，屬于回彈校正狀態(tài)，左右后角棱線區(qū)域塌陷明顯，塌陷量最大可以達(dá)到-1.17mm；依據(jù)以上分析，實(shí)物出件后必然出現(xiàn)頂蓋外板后部頂面回彈產(chǎn)生的不均勻塌陷現(xiàn)象，而且會(huì)無限接近CAE 的分析結(jié)果。

根據(jù)以上回彈分析，可以確認(rèn)：頂蓋外板后部中間區(qū)域出現(xiàn)重力原因造成的彈性恢復(fù)不均勻塌陷狀態(tài)，頂蓋外板左右后角棱線區(qū)域出現(xiàn)回彈校正的不均勻塌陷現(xiàn)象，需要確認(rèn)實(shí)物中的回彈狀態(tài)是否存在頂蓋外板后部頂面因整形回彈校正加劇導(dǎo)致的不均勻塌陷現(xiàn)象。

⑶實(shí)物狀態(tài)分析。

前面提到實(shí)物中的回彈狀態(tài)是指拉延工序件整形后的頂面變化，如圖5 所示，拉延件后部平緩狀態(tài)明顯，表面無波浪缺陷；整形件中，黃色圓圈內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻塌陷波浪狀態(tài)。

根據(jù)以上實(shí)物狀態(tài)分析，可以確認(rèn)頂蓋外板整形件后部頂面區(qū)域出現(xiàn)不均勻塌陷導(dǎo)致的波浪狀態(tài)，需要確認(rèn)工序中的變化狀態(tài)，是否存在后部頂面因多工序工藝變化而出現(xiàn)不均勻塌陷反復(fù)且不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

⑷工序工藝分析。

1)拉延工序。

頂蓋外板成形有成熟的固定工藝，如圖6 所示，首次成形為拉延成形，并且拉延工藝為淺拉延，鑒于淺拉延成形意味著成形深度要比正常拉延成形深度淺，成形過程短，且進(jìn)料區(qū)域集中在中部及后部工藝補(bǔ)充法蘭邊區(qū)域，直接影響內(nèi)部成形剛性及后部定型穩(wěn)定性。

2)整形工序。

二次成形為修邊整形成形，并且整形工藝屬于后部局部整形，如圖7 所示，整形過程中后部棱線出現(xiàn)局部的強(qiáng)變化，直接影響棱線區(qū)域附近的頂面變化，這個(gè)變化也影響著頂蓋外板后部不均勻塌陷的穩(wěn)定性。

圖7 頂蓋外板整形成形狀態(tài)示意圖

根據(jù)以上分析，可以確認(rèn)頂蓋外板后部頂面區(qū)域因成形定型穩(wěn)定性差，造成出現(xiàn)后部頂面剛性不足的棱線回彈狀態(tài)；并且由于整形工藝中整形棱線強(qiáng)變形導(dǎo)致后部棱線上翹，引起后部中間區(qū)域塌陷聚集狀態(tài)加重；需要確認(rèn)模具結(jié)構(gòu)中的模具型面工藝性及功能性狀態(tài)，是否存在后部頂面因模具型面失控變化而出現(xiàn)不均勻塌陷反復(fù)，且不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

⑸工序件對(duì)比分析。

拉延件放在整形凸模上進(jìn)行夾持狀態(tài)掃描，掃描后確認(rèn)后部頂面不均勻塌陷區(qū)域狀態(tài)并提取數(shù)據(jù)；整形件掃描后確認(rèn)后部頂面不均勻塌陷區(qū)域狀態(tài)并提取數(shù)據(jù)；拉延工序件與整形工序件進(jìn)行后部頂面不均勻塌陷區(qū)域變化數(shù)據(jù)對(duì)比，確認(rèn)工序變化趨勢(shì)以及變化量，如圖8所示。

圖8 頂蓋外板工序件掃描結(jié)果對(duì)比示意圖

按照其所呈現(xiàn)出的變化，可以看出拉延工序件中部頂面不均勻塌陷輕微，最大塌陷量為-0.19mm；后部頂面不均勻塌陷較為嚴(yán)重，最大塌陷量為-0.61mm；整形工序件中部和后部不均勻塌陷較為嚴(yán)重，中部變化較大，塌陷量增大為-0.35mm，后部塌陷量為-0.61mm。因此想要優(yōu)化頂蓋外板后部頂面不均勻塌陷狀態(tài)引起的波浪問題，理論上優(yōu)先考慮優(yōu)化拉延工序，然后根據(jù)優(yōu)化后的拉延工序的最新狀態(tài)進(jìn)行整形工序的塌陷變化確認(rèn)，根據(jù)變化狀態(tài)進(jìn)行整形工序優(yōu)化。但是拉延存在后部左右后角的回彈翹起現(xiàn)象，如果優(yōu)化拉延模具型面，勢(shì)必造成角部區(qū)域頂面的聚料變化，導(dǎo)致角部頂面塌陷更為嚴(yán)重，這與我們要解決的左右后角波浪的初衷相悖，所以不再考慮優(yōu)化拉延工序，而是選擇優(yōu)化整形工序。

根據(jù)以上工序件的對(duì)比分析，可以確認(rèn)拉延件后部頂面區(qū)域相對(duì)周邊棱線塌陷狀態(tài)的惡化更為嚴(yán)重，整形件后部頂面區(qū)域相對(duì)周邊棱線塌陷狀態(tài)的惡化更為嚴(yán)重，需要控制整形內(nèi)部頂面的變化，更需要控制棱線區(qū)域的變化，對(duì)于工序件之間的不一致變化需要確認(rèn)模具符型狀態(tài)，可以參考以往類似頂蓋外板的補(bǔ)償工藝設(shè)計(jì)，進(jìn)行該車型頂蓋外板的工藝及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

通過以上分析，由于平緩的造型設(shè)計(jì)，頂蓋外板后部頂面必然會(huì)有由回彈引起的不均勻塌陷趨勢(shì)；根據(jù)CAE 分析中的減薄分析、成形性分析、回彈分析，可以確認(rèn)后部頂面減薄不均勻區(qū)域?qū)儆诔尚尾痪鶆騾^(qū)域，成形不均勻區(qū)域?qū)儆诨貜棽痪鶆騾^(qū)域，回彈區(qū)域出現(xiàn)由于重力原因造成彈性恢復(fù)的不均勻塌陷狀態(tài)，所以頂蓋外板后部頂面成形不均勻引起不均勻塌陷是存在的；在沖壓單件實(shí)物狀態(tài)對(duì)比中，拉延件后部平緩表面無波浪缺陷，而整形件出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻塌陷波浪狀態(tài)，其與工序工藝分析中的變化一致；淺拉延工藝影響的內(nèi)部成形剛性變?nèi)酰苯佑绊懢植空卫饩€區(qū)域的A 面變化，導(dǎo)致頂蓋外板后部不均勻塌陷變化大且不穩(wěn)定；頂蓋外板出件后掃描確認(rèn)，能夠清晰地看出頂蓋外板拉延件與整形件存在不均勻塌陷變化，拉延存在后部左右后角的回彈翹起現(xiàn)象，如果優(yōu)化拉延模具型面勢(shì)必造成角部區(qū)域頂面的聚料變化，導(dǎo)致角部頂面塌陷更為嚴(yán)重，這與我們要解決的左右后角波浪的初衷相悖，所以不考慮拉延工序，而是選擇優(yōu)化整形工序；借鑒以往類似頂蓋外板模具型面的實(shí)驗(yàn)性補(bǔ)償試驗(yàn)方法，對(duì)文中研究的頂蓋外板整形工序模具型面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性補(bǔ)償試驗(yàn)，需要對(duì)壓料研合控制，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備及生產(chǎn)設(shè)備分別驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)性地提高整形模具型面功能性，對(duì)優(yōu)化頂蓋外板后部頂面波浪是直接有效的優(yōu)化思路。