機蓋內板鉸鏈側尖點拉延開裂解決方法

尤彬波，林 楷，謝國文，楊 建，馬志強，利曉林

隨著消費者對汽車品質、安全性、舒適性等方面的要求越來越高，汽車鈑金件在生產制造過程中的質量控制要求也會變得越來越嚴格。汽車車身鈑金件沖壓成型常見的缺陷有11類[1]：拉裂或暗裂、疊料、波浪、拉毛、變形、飛邊、缺料、尺寸不符、坑、包以及壓傷。利用計算模擬方法進行汽車覆蓋件的沖壓成形仿真，可以有效地提高沖壓件成形的質量，從而縮短周期，降低開發成本[2]。本文利用CAE分析軟件AutoForm對機蓋內板進行沖壓仿真分析研究，對其鉸鏈處產品尖點可能出現的開裂缺陷及解決方法進行詳細闡述。

1 工藝分析及有限元模型的建立

1.1 機蓋內板工藝性分析

圖1所示為某汽車機蓋內板三維零件結構，產品尺寸為1 675 mm×1 140 mm×230 mm。由于受到鉸鏈安裝位置和機蓋外板棱線圓角大小的約束，導致產品鉸鏈處側壁A拔模角度和圓角B較小以及側壁A深度較深而形成尖點C，成形易開裂。該零件的工藝方案采用4工序，工序內容為：拉延、修邊側修邊沖孔、修邊側修邊沖孔、沖孔整形。

圖1 某車型機蓋內板三維零件結構

1.2 有限元模型建立

該零件使用材料為DC54D+ZF，料厚為0.7 mm。此材料力學性能如表1所示。

表1 DC54D+ZF板材的力學性能

產品沖壓方向的確定對產品的成形性以及后序工藝排布有很大影響，根據最小拉延深度、機床設備允許旋轉角度以及后序沖孔方向等方面綜合考慮，確定該機蓋內板沖壓方向為Z向旋轉8°，如圖2所示。

圖2 機蓋內板沖壓方向

工藝補充面是為了能夠拉延成形，在產品上添加的一部分材料，在后序需作為廢料部分切除。其合理設計可以有效提高產品成形質量和材料利用率。而壓料面是工藝補充的一個重要組成部分，對汽車覆蓋件的拉延成形起著重要作用[3]。壓料面的設計應該光滑平順，保證在凹模與壓邊圈閉合過程中不存在起皺，否則皺紋會遺留在覆蓋件表面，造成外觀品質缺陷[4]。為了保證機蓋內板的成形質量，設計好的工藝補充模型如圖3所示。

圖3 機蓋內板工藝補充模型

CAE分析采用AutoForm軟件分析，導入材料參數，選用EPS-5殼單元、單動拉延方式、壓邊力為1 200 kN、摩擦系數為0.15和虛擬拉延筋形式進行模擬分析。圖4為創建好的CAE分析模型。

圖4 機蓋內板CAE分析模型

2 機蓋內板拉延模擬結果分析

對坯料形狀和拉延筋作用力進行多輪優化，得到較優的分析結果，如圖5所示。從圖中可以看到機蓋內板拉延成形后，鉸鏈處尖點減薄率高達29.3%，超出減薄率不超過22%的安全范圍，存在開裂風險。其他部位減薄率均在在安全范圍之內，無開裂風險，成形性良好。

圖5 機蓋內板拉延成形分析結果

3 尖點開裂原因分析及解決方法

機蓋內板鉸鏈處圓角和拔模角度較小，深度較深，造成尖點處在拉延成形過程中材料流動困難，受到雙向拉伸且易應力集中，導致尖點處過度減薄而超過安全范圍，從而出現開裂情況。尖點處理論應變狀態和減薄率如圖6所示。

圖6 機蓋內板尖點處理論應變狀態和減薄率

3.1 產品優化

在不影響機蓋外板結構的情況下，對尖點處做出局部優化，如圖7所示，增加三角斜面結構形式，尖角特征變緩。從CAE分析結果可以看出，減薄率由29%降低到21.8%，滿足產品減薄要求，尖點開裂問題得到有效解決。

圖7 尖點處產品優化及CAE分析結果

3.2 工藝補充優化

優化尖點處工藝補充，如圖8所示，增加余肉造型，改善尖點成形過程中的觸料狀態，從而提高成形性。產品拉延成形結束后，減薄率降低到21.7%，達到安全范圍，有效解決尖點開裂問題。

圖8 尖點處工藝補充優化及CAE分析結果

3.3 工藝方案優化

優化工藝方案，尖點處增加上整形工序。如圖9所示，拉延序尖點處圓角放大，成形后減薄率19.2%，上整形后產品減薄率增加至20.9%，均滿足減薄要求，產品尖點處不會產生開裂，問題得到有效解決。

4 結論

對機蓋內板鉸鏈處尖點拉延開裂問題原因進行分析，認為尖點處拉延應力易集中、減薄率過大是造成開裂的主要原因。CAE分析結果表明，從產品、工藝補充和工藝方案三個方面進行優化，可以有效地降低尖點減薄率，很好地解決機蓋內板鉸鏈處拉延開裂問題，指導沖壓制造調試，調試出合格零件，如圖10所示。

圖9 尖點處工藝方案優化及CAE分析結果

圖10 某車型機蓋內板現場圖片

參考文獻：

［1］李少巖，齊寶軍.汽車覆蓋件沖壓成型過程中的常見缺陷及分析［J］.西部交通科技，2009（1）：53-57.

［2］雷正保.汽車覆蓋件沖壓成形CAE技術［M］.長沙：國防科技大學出版社，2003.

［3］馬國英，黃彬兵，蘇春建，等.汽車翼子板拉深成形模擬及工藝參數優化［J］.鍛壓技術，2015，40（3）：21-24.

［4］劉志國.車身覆蓋件沖壓模型面參數化設計關鍵技術研究［D］.長春：吉林大學，2011.