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

2 起皺問題描述

頂蓋外板在沖壓生產調試過程中，尾部與尾門搭接的位置為“乙”字形結構，頂蓋尾部寬度方向“乙”字形結構底部兩側設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置有多個臺階造型，用于增加制件剛性強度。其負角結構主要通過斜楔機構側整形實現，但實際生產時，該“乙”字形底部經常會出現嚴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沖壓件表面質量差，不達標；②沖壓成形過程起皺、疊料，導致凸凹模型面磨損，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

該頂蓋外板材質為DC04，料厚為0.7mm。沖壓成形工藝規劃由4工序完成，具體如圖2所示。OP10實現內板造型的拉伸成形；OP20 修邊、沖孔；OP30 周圈法蘭面局部整形，尾部“乙”字形結構側整形；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，排查起皺產生的具體工位。起皺問題主要出現在第三工序，即第二工序中的工藝補充面轉變為制件結構的過程起皺。因此，基本可以確定頂蓋外板的尾部可視面起皺是由側整形產生的。

3 起皺原因分析

對整形工序可能造成起皺的原因，通過人機料法環測的魚刺圖進行初步分析，如圖3所示?？梢园l現，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、模具表面質量、側整形側壓料力、側整形模具結構設計、凸凹模材質選用幾個方面。

3.1 整形模型面研配不達標

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[2]，如圖4 所示，經現場驗證判斷，工作部位研配精度滿足要求，因此，整形模型面研配并非導致起皺的根本原因。

3.2 機床工況差、加工精度不足

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

汽車外覆蓋件的加工對加工數模的公差要求比較高，模具加工設備應同樣要滿足加工精度要求?，F場加工數模的處理是在CATIA 中進行，公差為0.01mm。加工設備采用的是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、加工精度不是導致起皺的根本原因。

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設置不合理

沖壓調試機床參數需要根據工藝設計、CAE分析中既定的壓力參數等設置，保證調試實際出件結果與分析結果對比的有效性。

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

3.4 材料性能

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

3.5 尾部整形前的工藝補充面設計不合理

起皺出現的工序：通過對各工序成形后狀態對比確認，起皺問題主要出現在第三工序，即第二工序中的工藝補充面轉變為制件結構的過程起皺，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起皺或開裂，因此，尾部整形前的工藝補充面設計不合理是造成側壁起皺的原因。

3.6 側整形尾部坯料尺寸偏小，壓料不穩

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

圖6 整形前后工序型面對比

圖7 CAE模擬分析結果與實物狀態

起皺與尾部坯料尺寸無關，壓料區可實現有效壓料。尾部側整形壓料力足夠，因此，側整形壓料不穩并非導致起皺的根本原因。

3.7 側整形模具結構設計及凸凹模材質選用不合理

結構設計結果：對比公司相關技術標準，同時結構模具結果運動過程的原理及可實現性分析，模具結果合理，滿足生產要求。

凸凹模材質選用結果：通過公司模具設計標準分析，凸凹模均采用鑄空冷鋼，滿足標準要求，因此，模具結構、材質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

通過識別現場各工序實際出件質量，結合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的所在工序，確定為第三工序OP30側整形時出現起皺問題。

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，理論上在OP30 中側在側整形結束后所有已成形出來的臺階應該正好到達制件的理論臺階位置。

但是，實際側整成形過程中，如圖8所示，臺階造型運動到位后又繼續往內側運動了一定距離，使得OP10中已經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重，無法消除，即OP10中首先成形出來的臺階造型過于靠前，側整時往內側移動過多。

圖8 側整形前后臺階起皺移動距離

4.3 制定整改方案

根據措施2 中的起皺機理，分析工藝模面并結合實物測量結構，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移動，保證整形前后截面線長度基本一致。

圖9 側整形前后弧長對比

設計要點：OP20到OP30側整形前后，保證臺階R角內側整形區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。

根據制定方案后工藝圖紙，下發技術通知單，進行實物整改，模具結構中分別對OP10、OP20中臺階面位置進行補焊加工。

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

圖10 整改前后出件狀態

5 結語

針對某車型頂蓋外板可視面的起皺問題，在生產調試過程中，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、材料性能、壓料力、模具結構等可能影響因素，最終確定導致沖壓件缺陷的主要原因是尾部整形前的工藝補充面設計不合理。通過原因分析制定了對應的改進方案措施，最終解決起皺問題，保證制件外觀質量的達成。