后蓋外板牌照燈安裝區域可制造性分析

2021-02-26 11:29:20溫媛媛

模具工業 2021年1期

溫媛媛

（上汽通用汽車有限公司沖壓工藝科，上海 201206）

0 引言

隨著經濟的發展與科技的進步，汽車在日常生活中得到了普及。汽車相關產業作為我國第二產業的重要組成部分，在國民經濟中占據重要的地位[1]。汽車的普及使消費者對汽車的認知越來越多，品牌的多樣性使消費者的選擇也更豐富，隨之而來的是市場對汽車外覆蓋件的質量要求也越來越高。轎車后蓋由于外形復雜、高度差大而較難制造，尤其SUV 掀背式后蓋較多的弧面設計導致其制造難度加大，如牌照燈安裝區域長翻邊設計使翻邊質量難以控制，牌照燈安裝區域沉臺過深導致翻邊圓角棱線不順等。

目前針對汽車后蓋的研究多集中在剛度、空間布置、靜態性能、對NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）的影響以及新材料的應用等，如周大光和蒲蕾等[2，3]對汽車后背門空氣彈簧參數化設計方法和優化布置進行研究，劉孟和宋福強等[4，5]研究了后背門設計對NVH 性能的影響，指導零件布置。工程師較少從沖壓可制造性的角度對汽車后蓋外板的工藝和產品設計進行分析，并給出產品設計推薦值。

現對后蓋外板牌照燈安裝區域的可制造性進行分析，首先對后蓋進行分類，針對兩片式帶牌照燈安裝孔式的后蓋，從零件常見缺陷考慮，分析如何進行工藝設計及產品優化來控制并盡可能消除缺陷，為汽車后蓋的同步工程分析及工藝設計提供參考。

1 汽車后蓋分類及常見缺陷

1.1 汽車后蓋分類

鋼制汽車后蓋材料多采用0.65 mm 的CR4。根據汽車造型不同，從沖壓制造的角度將汽車后蓋分為4 類，如表1 所示。第1 類為一片式，后蓋造型較簡單，一般為4 道工序成形，無需額外的連接，節約成本。第2類為普通兩片式，因為零件階差較大，一片式無法沖壓成形，故分為外板上片和外板下片，通過焊接連接，但是外板上片的下部翻邊長度較短，且無整形特征，一般4 道工序成形。第3 類也是兩片式，但是外板上片底部帶牌照燈安裝孔，上、下兩片通過焊接連接，上片底部由于翻邊面較寬且有整形特征，翻邊面附近的A 面質量和焊接面質量較難控制，需要5 道工序成形。第4 類為三片式，在兩片式無法滿足沖壓可制造性的情況下，將牌照燈區域單獨分割，這樣3個零件均易于沖壓，但是零件數增加需要2 次焊接，增加了模具與車身連接的成本。

表1 汽車后蓋分類及特點

1.2 第3類汽車后蓋常見缺陷

第3類帶牌照燈安裝孔的后蓋外板上片常見缺陷如表2 所示，此類大翻邊且帶整形特征的后蓋常見缺陷主要有搭接面卷曲、安裝面波紋、翻邊棱線不順、整形特征角部起皺等，影響產品外觀、尺寸和裝配質量。

2 牌照燈安裝區域工藝優化方案

2.1 第3類后蓋上片常規工藝

第3 類后蓋上片沖壓工藝通常為5 道工序，如圖1所示，分別為拉深、修邊、翻邊（牌照燈安裝區域為側翻邊）、翻邊及整形、側沖孔。

2.2 工藝優化方案

隨著后蓋的設計越來越復雜，翻邊長度和翻邊棱線拱度越來越高（見圖2），同一零件中既包含壓縮曲面翻邊，又包含伸長翻邊。壓縮類翻邊過程中在翻邊面容易產生波浪甚至疊料，因此為了控制翻邊面卷曲，一般采用夾料翻邊保證翻邊面的平面度。翻邊過程板料狀態如圖3 所示，除了有利于保證翻邊面平面度之外，夾料翻邊還有利于控制回彈[6]，因此長翻邊零件一般采用夾料翻邊的方式。

夾料翻邊雖然有助于控制回彈，但是無法消除回彈，回彈后翻邊面會出現卷曲，如圖4 所示，導致外板上片釬焊面不平整，影響上、下片的焊接質量。因此設計沖壓工藝時，通常在產品邊界增加整形沉臺，修邊時進行粗修，整形時產品整形特征和沉臺同時整形，如圖5所示，有助于保證焊接區域的平面度。帶臺階整形和不帶臺階整形的零件回彈和起皺趨勢對比如表3 所示，圖6（a）所示為帶臺階的翻邊工序件，圖6（b）所示為帶臺階整形的最終工序件。由表3 和圖6 可知，采用帶臺階整形的方式可以在整形工序消除零件卷曲，有效控制翻邊面平面度，保證焊接質量，同時利于降低起皺風險。

表2 第3類后蓋外板常見缺陷

圖1 第3類后蓋常規工藝

3 牌照燈安裝區域優化方案

牌照燈安裝區域優化方案主要是保證壓料寬度與減小波紋及起皺趨勢，由于整形特征深度深、過渡急劇、壓料寬度較窄等原因導致整形時出現波紋、角部起皺、棱線不順等缺陷，現從2 個實際案例出發，對產品優化提出建議。

圖2 牌照區域

3.1 案例1分析

案例1 的整形區域特征及局部尺寸如圖7 所示，沉臺最深為5.6 mm，B-B截面處沉臺深度為1 mm，上部壓料寬度最窄處為2 mm，實際零件出現3處缺陷（圖中①、②、③處），如圖8所示，分別為棱線不順、平面上出現波浪、釬焊面上特征角部出現起皺。

受釬焊面寬度和匹配零件的尺寸限制，無法更改上部壓料區域寬度，因此對特征內部平面寬度和過渡區域進行更改，如圖9 所示，將波紋平面寬度L1由40 mm 縮短為10 mm，角部過渡長度L2由8 mm 增大到20 mm，D-D截面處將凹槽高度差H從1 mm 增加到2.5 mm，起到卡料的作用，消除翻邊棱線不順的問題。

優化后的實際零件如圖10所示，優化方案有效消除了零件成形缺陷。

3.2 案例2分析

案例2 的整形特征和缺陷如圖11 所示，零件在A處出現角部起皺，判斷為B處臺階（兩側對稱）過渡急劇引起，因此對過渡區域進行更改。

圖3 常規翻邊和夾料翻邊

圖4 零件翻邊面卷曲

圖5 帶臺階整形工藝

優化后的零件如圖12 所示，將B 處臺階過渡區域寬度由8 mm 增加至15 mm，優化后實際零件無起皺。

3.3 產品設計推薦值

根據若干零件前期同步工程階段的仿真分析以及現場零件的實際狀態對比，針對牌照燈安裝區域給出設計推薦值如圖13 和表4 所示。限制L1、A1和A2是為了保證過渡平緩，限制L2與L3寬度是為了保證整形時有足夠的壓料區域，防止整形時板料竄動；H1太大會導致角部過渡急劇，存在開裂風險；在保證L2具有足夠壓料寬度的情況下，應盡量將L設計得更長，使板料過渡平緩，可有效消除角部起皺與翻邊面波紋。