發動機蓋內板材料利用率提升方案探討

王國峰，楊瑞猛，孫華生，孟宇軒，繳 平，王禮昌

（浙江吉利汽車集團制造工程（ME）中心，浙江 寧波 315336）

0 引言

隨著汽車市場競爭的激勵，白車身作為整車的重要組成部分，面臨的成本壓力也越來越大。在整車制造的成本中，白車身成本占比較大，而汽車沖壓件的材料利用率對白車身成本的影響巨大，如何最大化、最有效地提升沖壓件的材料利用率，對降低白車身制造成本有顯著作用。經過對某A級轎車白車身材料利用率的統計，沖壓件材料利用率每提升2 個百分點，約減少100 元的原材料費，現對汽車發動機蓋內板的材料利用率提升工藝方案進行探討。

1 發動機蓋內板沖壓工藝

發動機蓋內板結構如圖1 所示，其周圈是包邊面，中間一般設計較大的減輕質量的孔。受零件結構限制，中間減輕質量的孔大且多，導致零件的材料利用率偏低。發動機蓋內板常見的沖壓工藝為：①拉深；②修邊沖孔；③修邊沖孔；④整形。其中工序②～工序④可根據零件結構的不同進行工序間內容的調整，現主要對與材料利用率有關的拉深工序進行探討。

圖1 發動機蓋內板

2 材料利用率提升探討

根據拉深工藝的特點進行分析，決定零件材料利用率的因素有拉深工藝造型的深度、拉深筋的設置、板料的形狀及大小、拉深工藝采用封閉拉深還是開口拉深等。

（1）優化拉深深度。對零件周邊型面增加余料，提高壓料面，確保CAE 分析指標在滿足要求的前提下，降低拉深深度。發動機蓋內板拉深數模如圖2 所示，根據拉深材料流動量分析，以A-A截面處為例，初始工藝造型深度設定為25 mm，通過對拉深造型的調整，拉深深度逐步減小到10 mm，經過CAE分析，各項指標滿足要求。

圖2 拉深數模

（2）優化工藝補充。在滿足工藝要求的情況下，分析拉深工藝補充位置的材料利用率的決定點，即板料最大的尺寸位置，該位置的工藝補充做到足夠小，如圖3所示，將B、C 兩處的工藝補充做到零件輪廓以外最大5 mm。

圖3 拉深工藝補充優化

（3）板料形狀優化。發動機蓋內板前后側呈圓弧形，傳統的拉深工藝采用方形料進行沖壓，這也是材料利用率偏低的原因之一，經過分析對比，采用弧形料的材料利用率提升4.2%，如圖4 所示，表1所示為材料利用率對比。

表1 方形料與弧形料材料利用率對比

圖4 板料形狀優化

（4）拉深方式選擇。常規的發動機蓋內板拉深采用周圈閉合式拉深，拉深后形成封閉腔體的鈑金件。由于發動機蓋內板風擋側廢料區域較多，現采用開口拉深的方式，讓最終的板料提升到型面上，即修邊線以外，同時考慮在此處進行變行程拉深，再次減少拉深成形過程中廢料的產生，經過參數調整及CAE 仿真模擬，零件成形狀態滿足要求，如圖5所示，采用開口拉深方式后材料利用率能提升7.5%，如表2所示。

表2 開口拉深材料利用率

圖5 開口拉深CAE分析結果

3 開口拉深模結構設計

常規的拉深模結構包含3大件：凸模、凹模和壓邊圈。該發動機蓋內板拉深采用變行程開口拉深，如圖6、圖7 所示，除了拉深模3 大件以外，為了確保開口拉深一側的鈑金強度、板料能夠充分拉深、減薄率要大于料厚的3%，模具采用上下雙活動結構，如圖8所示。

圖6 開口拉深下模

圖7 開口拉深上模

圖8 雙活動拉深模結構

雙活動結構即把壓邊圈拆分成2 個部分，即大壓邊圈5 和小壓邊圈3，小壓邊圈3 行程比大壓邊圈5 行程短16 mm，從凹模1 中拆分出壓料板2。當模具打開放上板料時，頂桿頂起大壓邊圈5 和小壓邊圈3到達板料處，板料放到位后，上模隨壓力機滑塊向下運動，壓料板2先觸碰小壓邊圈3，夾住板料后，凹模1 與大壓邊圈5 接觸，完成壓料面的成形。上模隨壓力機滑塊繼續向下運動，當板料接觸凸模4時開始拉深成形，當上模向下運動距離到底16 mm時，小壓邊圈3 先到底與墩死塊接觸完成開口拉深區域的成形，大壓邊圈5 與凹模1 繼續隨壓力機滑塊下行進行其它區域的拉深成形，最終成形的發動機蓋內板實物如圖9所示。

圖9 發動機蓋內板拉深實物

雙活動結構拉深成形在調試過程中，主要考慮拉深成形后，在上模上行過程中，因氮氣彈簧施力一直壓在拉深件上，若此時頂桿將壓邊圈頂起，會造成拉深件變形。因此在沖壓參數設置中，上模隨壓力機滑塊上行時，壓力機頂桿設置為暫停頂起的狀態，待壓料板2脫離拉深件后，壓力機頂桿將大壓邊圈5和小壓邊圈3頂起至取件位置。

4 結束語

采用弧形料及開口拉深工藝，解決了傳統發動機蓋內板成形工藝材料利用率偏低的問題，同時也為類似零件沖壓工藝提升材料利用率提供參考。