后蓋外板牌照燈安裝區(qū)域可制造性分析

2021-02-26 11:29:20溫媛媛

模具工業(yè) 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(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，汽車在日常生活中得到了普及。汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)第二產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要的地位[1]。汽車的普及使消費(fèi)者對(duì)汽車的認(rèn)知越來(lái)越多，品牌的多樣性使消費(fèi)者的選擇也更豐富，隨之而來(lái)的是市場(chǎng)對(duì)汽車外覆蓋件的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。轎車后蓋由于外形復(fù)雜、高度差大而較難制造，尤其SUV 掀背式后蓋較多的弧面設(shè)計(jì)導(dǎo)致其制造難度加大，如牌照燈安裝區(qū)域長(zhǎng)翻邊設(shè)計(jì)使翻邊質(zhì)量難以控制，牌照燈安裝區(qū)域沉臺(tái)過(guò)深導(dǎo)致翻邊圓角棱線不順等。

目前針對(duì)汽車后蓋的研究多集中在剛度、空間布置、靜態(tài)性能、對(duì)NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）的影響以及新材料的應(yīng)用等，如周大光和蒲蕾等[2，3]對(duì)汽車后背門空氣彈簧參數(shù)化設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化布置進(jìn)行研究，劉孟和宋福強(qiáng)等[4，5]研究了后背門設(shè)計(jì)對(duì)NVH 性能的影響，指導(dǎo)零件布置。工程師較少?gòu)臎_壓可制造性的角度對(duì)汽車后蓋外板的工藝和產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并給出產(chǎn)品設(shè)計(jì)推薦值。

現(xiàn)對(duì)后蓋外板牌照燈安裝區(qū)域的可制造性進(jìn)行分析，首先對(duì)后蓋進(jìn)行分類，針對(duì)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(jìn)行工藝設(shè)計(jì)及產(chǎn)品優(yōu)化來(lái)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(shè)計(jì)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(jù)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(jiǎn)單，一般為4 道工序成形，無(wú)需額外的連接，節(jié)約成本。第2類為普通兩片式，因?yàn)榱慵A差較大，一片式無(wú)法沖壓成形，故分為外板上片和外板下片，通過(guò)焊接連接，但是外板上片的下部翻邊長(zhǎng)度較短，且無(wú)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(guò)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(zhì)量和焊接面質(zhì)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(wú)法滿足沖壓可制造性的情況下，將牌照燈區(qū)域單獨(dú)分割，這樣3個(gè)零件均易于沖壓，但是零件數(shù)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(diǎn)

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?guī)д翁卣鞯暮笊w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(chǎn)品外觀、尺寸和裝配質(zhì)量。

2 牌照燈安裝區(qū)域工藝優(yōu)化方案

2.1 第3類后蓋上片常規(guī)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(qū)域?yàn)閭?cè)翻邊）、翻邊及整形、側(cè)沖孔。

2.2 工藝優(yōu)化方案

隨著后蓋的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，翻邊長(zhǎng)度和翻邊棱線拱度越來(lái)越高（見圖2），同一零件中既包含壓縮曲面翻邊，又包含伸長(zhǎng)翻邊。壓縮類翻邊過(guò)程中在翻邊面容易產(chǎn)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(guò)程板料狀態(tài)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(zhǎng)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(wú)法消除回彈，回彈后翻邊面會(huì)出現(xiàn)卷曲，如圖4 所示，導(dǎo)致外板上片釬焊面不平整，影響上、下片的焊接質(zhì)量。因此設(shè)計(jì)沖壓工藝時(shí)，通常在產(chǎn)品邊界增加整形沉臺(tái)，修邊時(shí)進(jìn)行粗修，整形時(shí)產(chǎn)品整形特征和沉臺(tái)同時(shí)整形，如圖5所示，有助于保證焊接區(qū)域的平面度。帶臺(tái)階整形和不帶臺(tái)階整形的零件回彈和起皺趨勢(shì)對(duì)比如表3 所示，圖6（a）所示為帶臺(tái)階的翻邊工序件，圖6（b）所示為帶臺(tái)階整形的最終工序件。由表3 和圖6 可知，采用帶臺(tái)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(zhì)量，同時(shí)利于降低起皺風(fēng)險(xiǎn)。

表2 第3類后蓋外板常見缺陷

圖1 第3類后蓋常規(guī)工藝

3 牌照燈安裝區(qū)域優(yōu)化方案

牌照燈安裝區(qū)域優(yōu)化方案主要是保證壓料寬度與減小波紋及起皺趨勢(shì)，由于整形特征深度深、過(guò)渡急劇、壓料寬度較窄等原因?qū)е抡螘r(shí)出現(xiàn)波紋、角部起皺、棱線不順等缺陷，現(xiàn)從2 個(gè)實(shí)際案例出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品優(yōu)化提出建議。

圖2 牌照區(qū)域

3.1 案例1分析

案例1 的整形區(qū)域特征及局部尺寸如圖7 所示，沉臺(tái)最深為5.6 mm，B-B截面處沉臺(tái)深度為1 mm，上部壓料寬度最窄處為2 mm，實(shí)際零件出現(xiàn)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(xiàn)波浪、釬焊面上特征角部出現(xiàn)起皺。

受釬焊面寬度和匹配零件的尺寸限制，無(wú)法更改上部壓料區(qū)域?qū)挾龋虼藢?duì)特征內(nèi)部平面寬度和過(guò)渡區(qū)域進(jìn)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(guò)渡長(zhǎng)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(wèn)題。

優(yōu)化后的實(shí)際零件如圖10所示，優(yōu)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(xiàn)角部起皺，判斷為B處臺(tái)階（兩側(cè)對(duì)稱）過(guò)渡急劇引起，因此對(duì)過(guò)渡區(qū)域進(jìn)行更改。

圖3 常規(guī)翻邊和夾料翻邊

圖4 零件翻邊面卷曲

圖5 帶臺(tái)階整形工藝

優(yōu)化后的零件如圖12 所示，將B 處臺(tái)階過(guò)渡區(qū)域?qū)挾扔? mm 增加至15 mm，優(yōu)化后實(shí)際零件無(wú)起皺。

3.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)推薦值

根據(jù)若干零件前期同步工程階段的仿真分析以及現(xiàn)場(chǎng)零件的實(shí)際狀態(tài)對(duì)比，針對(duì)牌照燈安裝區(qū)域給出設(shè)計(jì)推薦值如圖13 和表4 所示。限制L1、A1和A2是為了保證過(guò)渡平緩，限制L2與L3寬度是為了保證整形時(shí)有足夠的壓料區(qū)域，防止整形時(shí)板料竄動(dòng)；H1太大會(huì)導(dǎo)致角部過(guò)渡急劇，存在開裂風(fēng)險(xiǎn)；在保證L2具有足夠壓料寬度的情況下，應(yīng)盡量將L設(shè)計(jì)得更長(zhǎng)，使板料過(guò)渡平緩，可有效消除角部起皺與翻邊面波紋。