機蓋內板開口拉延工藝方案的研究

文/夏燦添，黃義關，馮海群，趙維，李坤義·廣汽乘用車有限公司

本文通過對機蓋內板在冷沖壓拉延模具使用開口拉延工藝進行研究分析，提出一種新工藝方案，達到坯料尺寸的縮減，從而提高機蓋內板的材料利用率。它不僅能滿足沖壓零件品質要求，也能大大削減材料購置費用，從而達成更優生產和品質要求。

隨著現代汽車的發展，市場上車輛類型越來越多，控制整車的制造成本，成為提升企業競爭力的重要手段。而機蓋內板是屬于白車身的一個關鍵部件，提升機蓋內板的材料利用率也成為削減整車制造成本的一個手段。但由于機蓋內板造型復雜，要獲得高質量、穩定的產品，不是一件容易的事。隨著技術手段的進步，我們可以借助CAE軟件AUTOFORM 進行沖壓仿真分析，來幫助我們完成工藝方案的驗證，取得相對滿意的結果。

“材料利用率”的定義以及重要性

材料利用率，顧名思義是一個合格的沖壓零件的重量與坯料的重量比率。一般來說，對于汽車生產企業而言，提高材料利用率是整車企業降本增效的重要課題。通常一臺白車身的鈑金重量約400kg，而白車身材料利用率一般控制在50%～56%，即單個白車身需要消耗800kg ～850kg 的坯料。因此在現代汽車市場競爭不斷加劇的背景下，提升單臺車材料利用率，意義十分重大。

工藝方案介紹

汽車車身的“四門兩蓋”(左右前門、左右后門、發動機蓋、行李廂蓋或背門)是汽車外表的開啟件，這些零件既要保證強度，又要保證外表美觀、內部功能完好。其中機蓋內板就是發動機蓋內側板件，它的外形尺寸為1567mm×1027mm×220mm，屬于大型汽車覆蓋件，如圖1 所示。

此產品使用的材料為DC54D+ZF，材料厚度為0.65mm。材料的力學性能如表1 所示。

表1 DC54D+ZF 板材的力學性能

根據設備生產要求，機蓋內板的工藝方案采用四工序成形方式，工序內容為：拉延、側修邊側沖孔、修邊沖孔、沖孔整形。

產品的沖壓方向對于產品的成形性和后工序的工藝方案設定影響很大，沖壓方向設計是指在綜合考慮產品信息、材料、工藝等因素及實際生產中的各種“非線性”問題的基礎上，完成沖壓方向設計。對于機蓋內板，我們一般從產品最小的成形深度，設備自動化允許工序間的旋轉角度差以及產品內孔的沖孔角度等幾個方面，最終確認機蓋內板沖壓方向為產品Z 方向旋轉8°，如圖2 所示。

為了產品內部達成一定塑性變形，我們在產品成形過程中，會設定工藝補充面，讓產品達成充分成形狀態，在后工序中將多余的廢料進行切除。合理的工藝補充可以有效提高產品的成形質量和材料的利用率。

工藝方案一：全封閉狀態工藝

根據產品的形狀，利用CAE 軟件AUTOFORM 進行沖壓仿真分析，將拉延工序的工藝補充面做成全封閉形式。拉延模型面設計如圖3 所示。

坯料形狀和工藝補充經過多輪的優化，得出產品坯料尺寸為1780mm×1195mm，壓料力為1500kN，拉深行程為100mm，如圖4 所示。

從分析結果來看，機蓋內板在鉸鏈尖點部位的減薄出現開裂風險，減薄率高達24.8%。其余部位的減薄率都在安全范圍之內，無開裂風險，成形性良好。

工藝方案二：局部開口拉延狀態工藝

仔細分析產品的特征形狀，發現下側兩個角部，為材料利用率決定部位，并且材料流入量很小，做成半開口拉延，使材料自由流動成形。利用CAE 軟件AUTOFORM進行沖壓仿真分析，將拉延工序的工藝補充面做成局部開口形式。拉延模型面設計如圖5 所示。

經過坯料形狀和工藝補充多輪的優化，得出產品坯料尺寸為1780mm×1140mm，壓料力為1500kN，拉深行程為100mm。最終得到一個合格的工藝模型，如圖6 所示。

從分析結果來看，對比方案一來說，機蓋內板在鉸鏈尖點部位的減薄率明顯降低，減薄率達13.3%。其余部位的減薄率都在安全范圍之內，無開裂風險，成形性良好。

工藝方案對比分析

兩個工藝方案通過AUTOFORM 沖壓仿真分析，建立兩個合理工藝模型。從質量和成本兩個角度對工藝方案進行評價分析，如表2 所示。

通過表2 對比，可以清晰看出，方案二（開口拉延工藝）從產品品質和成本上，可以為企業節約生產成本，若零件量產在10 萬件以上，可以削減42 萬元的成本。

表2 工藝方案評價分析

結束語

本文通過對機蓋內板的工藝方案進行分析研究，相對于傳統全封閉式拉延形式，提出了一種開口拉延工藝方案，從而達到產品品質提升以及制造成本削減的目的。利用CAE 軟件AUTOFORM 對前期工藝方案進行優化，起到了對沖壓模具制造生產指導作用，最終快速調試出合格沖壓零件，滿足各項質量要求，最終制造出來的零件如圖7 所示。