汽車頂蓋外板強度不足問題研究

佟海南，趙建朋，劉艷輝

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

1 引言

2 頂蓋外板強度不足導致整車品質缺陷

當前衡量整車外觀效果最重要標準之一為整車光影效果。頂蓋外板是整車覆蓋件中外露面積較大的制件之一，對整車在自然光下的整車光影存在較大的影響。由于頂蓋需要沖壓單件、焊裝頂蓋總成及涂裝進行電泳烘烤，制件強度不足的話，經過多工序的操作，制件發生變形，形成大凹坑，造成整車光影效果不良。某車型整車頂蓋外板強度不足，出現大凹坑，光影狀態降低整車品質，影響顧客感觀，如圖1所示。

3 頂蓋外板強度不足問題分析

（1）材質與制件造型：制件板材材質為DC03料厚t=0.6mm；頂蓋外板車身X向、Y向最大弧度為X：Rmax118,000，Y：Rmax5,000（見圖2）；材料性能抗拉強度270MPa，屈服強度140～240MPa 剛度適中；對比其它車型制件料厚較小，常規料厚t=0.7mm；車身X 向弧度過大，制件A 面平緩，無加強筋造型；綜上頂蓋外板制件本身強度較差。

（2）工藝設計、成形性分析及現場驗證。

a.第一道筋全部采用T 型筋，前后部筋阻力系數為0.417，拉伸筋阻力為99N/mm（同時外側增加一條圓筋，其阻力系數為0.23，拉伸筋阻力為55N/mm）；頂蓋兩側筋平均阻力259N/mm；四角部位筋阻力系數為0.218，拉伸筋阻力為52N/mm，如圖3 所示；拉伸深度約80mm，隨型壓料面，如圖4 所示；首道筋采用T型筋，且增加二道筋，對板料充分拉伸，制件成形更加充分，增加制件成形后強度。

b.確認Autoform 成形性分析結果，制件板料減薄率最小5.1%；制件成形主應變最小0.034，如圖5 所示；參照Autoform 分析判定標準，理論分析板料已經得到充分拉伸，制件強度滿足要求；現場實際測量制件減薄如圖6所示。

圖1 某車型整車頂蓋凹坑光影問題

圖2 制件結構

圖3 拉伸筋分布圖

圖4 拉伸隨型壓料面及拉伸深度

圖5 Autoform分析結果

圖6 頂蓋外板現場實際測量制件成形后減薄數據及位置

綜上：設計板料料厚0.6mm，現場實際測量板料實際料厚0.56mm；通過工具測厚儀進行成形后制件板料料厚測量，成形后板料在0.51～0.53mm，減薄率在4%～8%；現場實際與理論設計相符，板料拉伸充分，制件成形性無問題。

（3）理論剛度分析變形量與現場增加砝碼實際變形量。

a.使用軟件對頂蓋外板制件剛度分析模型進行構造，采用模擬焊接及螺栓連接，通過有限元求解進行分析。有限元分析模型實驗點位置示意圖，如圖7 所示。

頂蓋外板總成凹陷剛度分析結果匯總，如圖8所示。

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某車型頂蓋外板總成剛度分析結果總結：頂蓋外板凹陷剛度分析共計選擇6 個實驗點，每個點施加100N的力，所有實驗點位移數值（單位：mm）處于合格狀態數值下，滿足目標要求。

b.現場實際測量制件負重變形量，檢測位置如圖9所示，檢測數據如表1所示。

圖7 某車型頂蓋外板總成剛度分析實驗點位置示意圖

圖8 頂蓋外板凹陷剛度分析結果匯總

圖9 現場測量制件變形量位置示意圖

表1 現場測量制件變形量數據統計表

制件存放于夾具上，在固定區域不增加砝碼和增加2kg（20N）砝碼，收集制件變形量與CAE 剛度分析結果進行對比，實際最大變形量為1.5mm；等量換算后，制件變形量遠超實際剛度分析結果；制件剛性明顯不足。

結論：現場制件凹陷剛度狀態未達到理論分析狀態，單件強度存在不足。

原因總結：綜合制件造型、制件工藝設計、AutoForm成形性分析結果及現場制件強度及減薄（制件是否拉伸充分）各方面分析，主要因素在于產品造型弧度過大，板材料厚小（t=0.6mm）及材質（DC03）剛度性能適中，導致單件強度不足，面品存在不良；在經過沖壓物流運輸、焊裝總成焊接、涂裝電泳烘烤等工序，最終導致整車出現凹坑，光影惡化，無法滿足商品車標準，不能達到進入市場的品質水平。

4 頂蓋外板強度不足的解決方案

（1）保證制件車身X向和Y向弧度。參考值X：R＜9,000，Y：R＜7,000；如果制件弧度無法滿足，可進行制件材質及料厚的優化，材質更換為剛度較強材質，料厚增加，提升制件強度。

（2）優化制件造型。建議造型如下：圖10 為A 面增加方形筋，圖11為A面增加圓形筋和方形筋。

圖10 A面增加方筋

圖11 A面增加圓筋和方形筋

（3）優化工藝。為了提高頂蓋外板成形后制件剛度，拉伸筋排布建議采用T 型筋，可參考圖3 所示，制件成形時在壓邊圈與T型筋的共同作用下，拉伸筋外側材料不進行流入，制件成形剛度在于內部材料的均勻流動，保證制件充分拉伸；壓料面深度可參考圖4所示，保證制件成形充分。

（4）模具質量。模具質量直接決定制件質量，模具研合，各工序符型狀態對制件影響不可忽視。此處著重強調模具研合，大多覆蓋件的型面變形，往往是著色率不夠，造成制件拉伸成形時壓料不良，局部塑性變形不足引起的。對于頂蓋外板模具基礎質量確認，模具研合率要嚴格按標準執行。

5 結論

頂蓋外板強度不足導致整車凹坑光影不良問題，主要原因為制件結構和材質料厚導致，此問題沖壓工藝已優化至極限。綜合考慮項目開發周期、整改成本，將制件料厚由t=0.6mm增加至t=0.7mm，問題消除。

前期SE階段，需嚴格把控制件結構及材質料厚；工藝設計階段保證減薄率和主應變參數，參考Autofrom分析減薄率下限最好在4%以上；主應變滿足ε＞0.03；保證制件成形充分性。前期嚴格把控，利于提升沖壓單件品質，提升整車精細感知，提升顧客好感度。同時，降低后期整改成本，縮短整改和交付周期。

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《模具制造》編輯部