發(fā)動機蓋舷窗角部表面凹陷分析

羅仁平+趙金龍+孫健

摘要： 為從根本上解釋和解決汽車覆蓋件局部表面凹陷的形成，以上海通用汽車公司的某車型為例，借助CAE仿真軟件分析發(fā)動機蓋舷窗區(qū)域在成型過程中的主次應(yīng)力的演變過程；分析該類局部凹陷產(chǎn)生的力學機理，并提出調(diào)整拉延筋阻力和施加局部強壓的工程解決辦法.實際零件的驗證表明該方法能很好地消除表面凹陷.

關(guān)鍵詞： 汽車； 外覆蓋件； 沖壓； 模具； 凹陷； 應(yīng)力； 有限元； Autoform

中圖分類號： U463.82； TB115.1文獻標志碼： B

Abstract： To explain and solve the local surface dent generation of automobile outer panel fundamentally， taking a car of Shanghai General Motor Co.， Ltd. as an example， the major and minor stress change process during the forming of engine cover porthole area is analyzed by CAE simulation software； the mechanical mechanism of this kind of local dent generation is analyzed and an engineering method of modifying drawbead resistance and applying local high pressure is proposed to solve the problem. The actual part indicates that the surface dents can be eliminated by the method.

Key words： automobile； outer panel； stamping； die； dent； stress； finite element； Autoform

0引言

汽車覆蓋件局部表面凹陷是影響整車外觀的重要問題之一，在門把手、側(cè)圍三角窗和舷窗等區(qū)域容易產(chǎn)生局部表面凹陷.[1]該類凹陷肉眼很難直接觀察到，需要打油石或者將零件涂漆后在光照下才可以觀察到.該類凹陷問題的形成機理和應(yīng)對措施目前僅有少量文獻進行研究，但沒有根本性的解釋和解決方法.目前的研究認為，汽車覆蓋件局部表面凹陷的產(chǎn)生原因主要包括覆蓋件結(jié)構(gòu)、模具和工藝參數(shù)等方面.周馳等[2]研究車門成型拉手處的凹陷，認為成型末端的應(yīng)力分布不均是引起凹陷的主要原因.孫振忠等[3]認為該類“暗坑”為面畸變在沖壓件生產(chǎn)中的表現(xiàn)形式.面畸變是汽車覆蓋件表面產(chǎn)生的局部起伏（或凹凸），其起伏高度一般在幾十到幾百微米，殘余壓應(yīng)力是面畸變形成的根本原因.任雪巖[4]將該類凹陷稱為暗坑，認為是由于彎曲的彈性變形造成零件曲率半徑的變化，導(dǎo)致制件曲面形狀的改變.劉瑞同等[5]將該類凹陷稱為表面癟塘，并認為在力學形式上癟塘部位的材料主要以彈性變形為主，塑性應(yīng)變較少，致使成型后此部位發(fā)生局部回彈.

隨著CAE技術(shù)的日臻成熟，對復(fù)雜沖壓過程的仿真日益完善和準確，技術(shù)人員可以通過CAE手段清晰和準確地看到板料在沖壓成型過程中的宏觀流動過程和微觀力學演變過程[6]，為一些沖壓缺陷形成原因的分析和工程應(yīng)對方法的確定提供強有力的依據(jù).本文以上海通用汽車某車型為例，借助CAE 仿真軟件研究發(fā)動機蓋舷窗角部區(qū)域的表面凹陷，并提出表面凹陷產(chǎn)生的原因和相應(yīng)的工程應(yīng)對措施，對揭示該類型局部凹陷問題的形成機制和解決辦法，解決汽車覆蓋件生產(chǎn)實際中的局部凹陷問題起到一些有益的作用.

該車型舷窗角部凹陷示意見圖1，其中圖1（a）為模具調(diào)試階段前蓋外板舷窗區(qū)域油石打磨的照片，可以在角部清晰地看到存在凹陷；圖1（b）為油漆后的光照檢查照片，可以看到舷窗角部區(qū)域的光帶存在明顯的畸變，說明該區(qū)域的曲面過渡不順，存在明顯的凹陷，對整車外表的美觀度造成不好的影響.

3工程應(yīng)對措施

（1）適當加大兩側(cè)的拉延筋阻力因數(shù)，以便在整個拉延過程中提供一定的橫向拉力，確保在圖8所示x方向上有較大的拉力，以減少該方向上的壓應(yīng)力，使板料的拉伸充分、均勻，對降低凹陷的產(chǎn)生有一定作用.

（2）模具設(shè)計時在凹模預(yù)留加工面，使舷窗區(qū)域壓力加強.通常在凹模預(yù)留0.03 mm的余量，通過研配保證舷窗區(qū)域在模具閉合前貼和，以減少強壓區(qū)域材料的不均勻流動，使舷窗區(qū)域脹形成型，達到減少凹陷的目的.

實施上述措施后零件的表面質(zhì)量檢查圖見圖11，可以看到在燈光的照射下，燈帶均勻、連續(xù)，角部凹陷消失，獲得很好的零件表面質(zhì)量，滿足客戶要求.

4結(jié)論

（1）借助CAE仿真軟件，清晰地再現(xiàn)舷窗區(qū)域成型過程中的主、次應(yīng)力的演變過程，分析局部凹陷產(chǎn)生的力學機理，認為舷窗角部凹陷產(chǎn)生的根本原因是造型結(jié)構(gòu)的變化造成材料不均勻流動，引起應(yīng)力分布不均.

（2）提出調(diào)整拉延筋阻力因數(shù)和施加強壓的工程解決辦法，經(jīng)實際零件的驗證，能很好地消除表面凹陷，滿足表面質(zhì)量的要求.

參考文獻：

[1]徐長志. 汽車覆蓋件表面暗坑缺陷淺析[J]. 汽車工藝與材料， 2010（4）： 6769.

[2]周馳， 周旭輝， 張賽軍， 等. 車門成型后凹陷成因分析和應(yīng)對措施[J]. 模具工業(yè)， 2011， 37（12）： 1820.

[3]孫振忠， 陳盛貴. 覆蓋件面畸變?nèi)毕菪纬蓹C理研究[J]. 機械科學與技術(shù)， 2011， 30（12）： 21602164.

[4]任雪巖. 汽車車身覆蓋件表面質(zhì)量控制[J]. 汽車工藝與材料， 2001（2）： 1315.

[5]劉瑞同， 林建平， 田浩彬. 轎車覆蓋件表面癟塘的分類及其特點[J]. 金屬成型工藝， 2004， 22（2）： 5254.

[6]石文山， 吳沈榮， 徐有忠， 等. 沖壓成型殘余效應(yīng)對剛度分析的影響[J]. 計算機輔助工程， 2012， 21（2）： 5355.

摘要： 為從根本上解釋和解決汽車覆蓋件局部表面凹陷的形成，以上海通用汽車公司的某車型為例，借助CAE仿真軟件分析發(fā)動機蓋舷窗區(qū)域在成型過程中的主次應(yīng)力的演變過程；分析該類局部凹陷產(chǎn)生的力學機理，并提出調(diào)整拉延筋阻力和施加局部強壓的工程解決辦法.實際零件的驗證表明該方法能很好地消除表面凹陷.

關(guān)鍵詞： 汽車； 外覆蓋件； 沖壓； 模具； 凹陷； 應(yīng)力； 有限元； Autoform

中圖分類號： U463.82； TB115.1文獻標志碼： B

Abstract： To explain and solve the local surface dent generation of automobile outer panel fundamentally， taking a car of Shanghai General Motor Co.， Ltd. as an example， the major and minor stress change process during the forming of engine cover porthole area is analyzed by CAE simulation software； the mechanical mechanism of this kind of local dent generation is analyzed and an engineering method of modifying drawbead resistance and applying local high pressure is proposed to solve the problem. The actual part indicates that the surface dents can be eliminated by the method.

Key words： automobile； outer panel； stamping； die； dent； stress； finite element； Autoform

0引言

汽車覆蓋件局部表面凹陷是影響整車外觀的重要問題之一，在門把手、側(cè)圍三角窗和舷窗等區(qū)域容易產(chǎn)生局部表面凹陷.[1]該類凹陷肉眼很難直接觀察到，需要打油石或者將零件涂漆后在光照下才可以觀察到.該類凹陷問題的形成機理和應(yīng)對措施目前僅有少量文獻進行研究，但沒有根本性的解釋和解決方法.目前的研究認為，汽車覆蓋件局部表面凹陷的產(chǎn)生原因主要包括覆蓋件結(jié)構(gòu)、模具和工藝參數(shù)等方面.周馳等[2]研究車門成型拉手處的凹陷，認為成型末端的應(yīng)力分布不均是引起凹陷的主要原因.孫振忠等[3]認為該類“暗坑”為面畸變在沖壓件生產(chǎn)中的表現(xiàn)形式.面畸變是汽車覆蓋件表面產(chǎn)生的局部起伏（或凹凸），其起伏高度一般在幾十到幾百微米，殘余壓應(yīng)力是面畸變形成的根本原因.任雪巖[4]將該類凹陷稱為暗坑，認為是由于彎曲的彈性變形造成零件曲率半徑的變化，導(dǎo)致制件曲面形狀的改變.劉瑞同等[5]將該類凹陷稱為表面癟塘，并認為在力學形式上癟塘部位的材料主要以彈性變形為主，塑性應(yīng)變較少，致使成型后此部位發(fā)生局部回彈.

隨著CAE技術(shù)的日臻成熟，對復(fù)雜沖壓過程的仿真日益完善和準確，技術(shù)人員可以通過CAE手段清晰和準確地看到板料在沖壓成型過程中的宏觀流動過程和微觀力學演變過程[6]，為一些沖壓缺陷形成原因的分析和工程應(yīng)對方法的確定提供強有力的依據(jù).本文以上海通用汽車某車型為例，借助CAE 仿真軟件研究發(fā)動機蓋舷窗角部區(qū)域的表面凹陷，并提出表面凹陷產(chǎn)生的原因和相應(yīng)的工程應(yīng)對措施，對揭示該類型局部凹陷問題的形成機制和解決辦法，解決汽車覆蓋件生產(chǎn)實際中的局部凹陷問題起到一些有益的作用.

該車型舷窗角部凹陷示意見圖1，其中圖1（a）為模具調(diào)試階段前蓋外板舷窗區(qū)域油石打磨的照片，可以在角部清晰地看到存在凹陷；圖1（b）為油漆后的光照檢查照片，可以看到舷窗角部區(qū)域的光帶存在明顯的畸變，說明該區(qū)域的曲面過渡不順，存在明顯的凹陷，對整車外表的美觀度造成不好的影響.

3工程應(yīng)對措施

（1）適當加大兩側(cè)的拉延筋阻力因數(shù)，以便在整個拉延過程中提供一定的橫向拉力，確保在圖8所示x方向上有較大的拉力，以減少該方向上的壓應(yīng)力，使板料的拉伸充分、均勻，對降低凹陷的產(chǎn)生有一定作用.

（2）模具設(shè)計時在凹模預(yù)留加工面，使舷窗區(qū)域壓力加強.通常在凹模預(yù)留0.03 mm的余量，通過研配保證舷窗區(qū)域在模具閉合前貼和，以減少強壓區(qū)域材料的不均勻流動，使舷窗區(qū)域脹形成型，達到減少凹陷的目的.

實施上述措施后零件的表面質(zhì)量檢查圖見圖11，可以看到在燈光的照射下，燈帶均勻、連續(xù)，角部凹陷消失，獲得很好的零件表面質(zhì)量，滿足客戶要求.

4結(jié)論

（1）借助CAE仿真軟件，清晰地再現(xiàn)舷窗區(qū)域成型過程中的主、次應(yīng)力的演變過程，分析局部凹陷產(chǎn)生的力學機理，認為舷窗角部凹陷產(chǎn)生的根本原因是造型結(jié)構(gòu)的變化造成材料不均勻流動，引起應(yīng)力分布不均.

（2）提出調(diào)整拉延筋阻力因數(shù)和施加強壓的工程解決辦法，經(jīng)實際零件的驗證，能很好地消除表面凹陷，滿足表面質(zhì)量的要求.

參考文獻：

[1]徐長志. 汽車覆蓋件表面暗坑缺陷淺析[J]. 汽車工藝與材料， 2010（4）： 6769.

[2]周馳， 周旭輝， 張賽軍， 等. 車門成型后凹陷成因分析和應(yīng)對措施[J]. 模具工業(yè)， 2011， 37（12）： 1820.

[3]孫振忠， 陳盛貴. 覆蓋件面畸變?nèi)毕菪纬蓹C理研究[J]. 機械科學與技術(shù)， 2011， 30（12）： 21602164.

[4]任雪巖. 汽車車身覆蓋件表面質(zhì)量控制[J]. 汽車工藝與材料， 2001（2）： 1315.

[5]劉瑞同， 林建平， 田浩彬. 轎車覆蓋件表面癟塘的分類及其特點[J]. 金屬成型工藝， 2004， 22（2）： 5254.

[6]石文山， 吳沈榮， 徐有忠， 等. 沖壓成型殘余效應(yīng)對剛度分析的影響[J]. 計算機輔助工程， 2012， 21（2）： 5355.

摘要： 為從根本上解釋和解決汽車覆蓋件局部表面凹陷的形成，以上海通用汽車公司的某車型為例，借助CAE仿真軟件分析發(fā)動機蓋舷窗區(qū)域在成型過程中的主次應(yīng)力的演變過程；分析該類局部凹陷產(chǎn)生的力學機理，并提出調(diào)整拉延筋阻力和施加局部強壓的工程解決辦法.實際零件的驗證表明該方法能很好地消除表面凹陷.

關(guān)鍵詞： 汽車； 外覆蓋件； 沖壓； 模具； 凹陷； 應(yīng)力； 有限元； Autoform

中圖分類號： U463.82； TB115.1文獻標志碼： B

Abstract： To explain and solve the local surface dent generation of automobile outer panel fundamentally， taking a car of Shanghai General Motor Co.， Ltd. as an example， the major and minor stress change process during the forming of engine cover porthole area is analyzed by CAE simulation software； the mechanical mechanism of this kind of local dent generation is analyzed and an engineering method of modifying drawbead resistance and applying local high pressure is proposed to solve the problem. The actual part indicates that the surface dents can be eliminated by the method.

Key words： automobile； outer panel； stamping； die； dent； stress； finite element； Autoform

0引言

汽車覆蓋件局部表面凹陷是影響整車外觀的重要問題之一，在門把手、側(cè)圍三角窗和舷窗等區(qū)域容易產(chǎn)生局部表面凹陷.[1]該類凹陷肉眼很難直接觀察到，需要打油石或者將零件涂漆后在光照下才可以觀察到.該類凹陷問題的形成機理和應(yīng)對措施目前僅有少量文獻進行研究，但沒有根本性的解釋和解決方法.目前的研究認為，汽車覆蓋件局部表面凹陷的產(chǎn)生原因主要包括覆蓋件結(jié)構(gòu)、模具和工藝參數(shù)等方面.周馳等[2]研究車門成型拉手處的凹陷，認為成型末端的應(yīng)力分布不均是引起凹陷的主要原因.孫振忠等[3]認為該類“暗坑”為面畸變在沖壓件生產(chǎn)中的表現(xiàn)形式.面畸變是汽車覆蓋件表面產(chǎn)生的局部起伏（或凹凸），其起伏高度一般在幾十到幾百微米，殘余壓應(yīng)力是面畸變形成的根本原因.任雪巖[4]將該類凹陷稱為暗坑，認為是由于彎曲的彈性變形造成零件曲率半徑的變化，導(dǎo)致制件曲面形狀的改變.劉瑞同等[5]將該類凹陷稱為表面癟塘，并認為在力學形式上癟塘部位的材料主要以彈性變形為主，塑性應(yīng)變較少，致使成型后此部位發(fā)生局部回彈.

隨著CAE技術(shù)的日臻成熟，對復(fù)雜沖壓過程的仿真日益完善和準確，技術(shù)人員可以通過CAE手段清晰和準確地看到板料在沖壓成型過程中的宏觀流動過程和微觀力學演變過程[6]，為一些沖壓缺陷形成原因的分析和工程應(yīng)對方法的確定提供強有力的依據(jù).本文以上海通用汽車某車型為例，借助CAE 仿真軟件研究發(fā)動機蓋舷窗角部區(qū)域的表面凹陷，并提出表面凹陷產(chǎn)生的原因和相應(yīng)的工程應(yīng)對措施，對揭示該類型局部凹陷問題的形成機制和解決辦法，解決汽車覆蓋件生產(chǎn)實際中的局部凹陷問題起到一些有益的作用.

該車型舷窗角部凹陷示意見圖1，其中圖1（a）為模具調(diào)試階段前蓋外板舷窗區(qū)域油石打磨的照片，可以在角部清晰地看到存在凹陷；圖1（b）為油漆后的光照檢查照片，可以看到舷窗角部區(qū)域的光帶存在明顯的畸變，說明該區(qū)域的曲面過渡不順，存在明顯的凹陷，對整車外表的美觀度造成不好的影響.

3工程應(yīng)對措施

（1）適當加大兩側(cè)的拉延筋阻力因數(shù)，以便在整個拉延過程中提供一定的橫向拉力，確保在圖8所示x方向上有較大的拉力，以減少該方向上的壓應(yīng)力，使板料的拉伸充分、均勻，對降低凹陷的產(chǎn)生有一定作用.

（2）模具設(shè)計時在凹模預(yù)留加工面，使舷窗區(qū)域壓力加強.通常在凹模預(yù)留0.03 mm的余量，通過研配保證舷窗區(qū)域在模具閉合前貼和，以減少強壓區(qū)域材料的不均勻流動，使舷窗區(qū)域脹形成型，達到減少凹陷的目的.

實施上述措施后零件的表面質(zhì)量檢查圖見圖11，可以看到在燈光的照射下，燈帶均勻、連續(xù)，角部凹陷消失，獲得很好的零件表面質(zhì)量，滿足客戶要求.

4結(jié)論

（1）借助CAE仿真軟件，清晰地再現(xiàn)舷窗區(qū)域成型過程中的主、次應(yīng)力的演變過程，分析局部凹陷產(chǎn)生的力學機理，認為舷窗角部凹陷產(chǎn)生的根本原因是造型結(jié)構(gòu)的變化造成材料不均勻流動，引起應(yīng)力分布不均.

（2）提出調(diào)整拉延筋阻力因數(shù)和施加強壓的工程解決辦法，經(jīng)實際零件的驗證，能很好地消除表面凹陷，滿足表面質(zhì)量的要求.

參考文獻：

[1]徐長志. 汽車覆蓋件表面暗坑缺陷淺析[J]. 汽車工藝與材料， 2010（4）： 6769.

[2]周馳， 周旭輝， 張賽軍， 等. 車門成型后凹陷成因分析和應(yīng)對措施[J]. 模具工業(yè)， 2011， 37（12）： 1820.

[3]孫振忠， 陳盛貴. 覆蓋件面畸變?nèi)毕菪纬蓹C理研究[J]. 機械科學與技術(shù)， 2011， 30（12）： 21602164.

[4]任雪巖. 汽車車身覆蓋件表面質(zhì)量控制[J]. 汽車工藝與材料， 2001（2）： 1315.

[5]劉瑞同， 林建平， 田浩彬. 轎車覆蓋件表面癟塘的分類及其特點[J]. 金屬成型工藝， 2004， 22（2）： 5254.

[6]石文山， 吳沈榮， 徐有忠， 等. 沖壓成型殘余效應(yīng)對剛度分析的影響[J]. 計算機輔助工程， 2012， 21（2）： 5355.