一款商用車前頂蓋產品縮破分析處理

文/田媛·江鈴汽車股份有限公司

對于制造業來說，要想獲得利潤最大化，成本控制就是重中之重。這兩年，隨著汽車市場的漸漸回暖，各大品牌、各大車型的競爭也喧囂云上，要想在這場戰爭中取勝，企業就必須重視成本。在各大汽車廠家，生產制造環節的成本控制至關重要，若某一個零件在生產過程中頻繁出現縮破等失效件，在人力、物力、能耗、材料等方面，都是巨大的成本浪費，這類問題就需要專業的技術分析來支持解決，快速有效地改善問題，降低零件成本。本文就主機廠某一量產頂蓋開裂失效問題，多方面多維度進行技術分析，以達到解決根本問題，保證零件正常生產。

某量產商用車前頂蓋目前存在的問題

頂蓋類的零件，為滿足整車功能性需要，設計頂蓋需要有一定數量的加強筋造型，以確保整體強度要求，根據商用車車身內部高度的設計要求，頂蓋拉延深度較深。同時為保證車身外觀的美觀性，零件加強筋R 角設計偏小。

該前頂蓋在車型中屬于造型復雜、拉延深度最深的特殊外觀件。以上兩點造成該零件在日常生產過程中，拉延頻繁出現開裂、沖擊線、R角縮頸等質量問題，生產調試困難，零件難以穩定，產品結構及開裂位置如圖1 所示。

前頂蓋開裂分析

該零件是在濟二2000t 老式雙動設備上生產，原材料為DC04，料厚0.8mm。原材料在成形過程中，局部受拉應力過大，超過了材料塑性變形極限，材料變薄縮頸后開裂。

前頂蓋開裂發生在加強筋造型R 角根部和側壁，成形過程中由于凸、凹模與原材料的接觸面積較小，材料在走料過程中接觸應力過大，減薄過大，最終造成開裂。CAE 分析時，一般結合減薄率、接觸應力以及最大失效因子等來判斷該零件在實際生產過程中是否會存在開裂風險，最大失效因子為軟件定義的加載過程中最大主應變與FLC(成形極限)曲線上最小主應變的比值，其大小反映成形過程中零件出現開裂等失效情況的風險。

前頂蓋CAE 模擬分析

CAE 用相關參數

⑴模面：頂部筋R 角和量產模具一致，其他模面用復制模型面(進出料方向較量產模深20mm)；

⑵工藝參數：拉延筋阻力、摩擦系數(不考慮噴油、電鍍等)、壓邊力均比現場條件惡劣；

⑶材料參數：CAE 分析用材料參數，相對量產材料參數成形性較差，性能要求見表1。

前頂蓋成形性分析

使用AutoForm 計算并檢查分析結果：成形性、減薄率、最大失效因子、接觸應力如圖2 所示。

由產品結構分析可知，該前頂蓋加強筋深度較深為12mm，開裂部位R 角僅為6.5 ～8mm。CAE 計算結果顯示圓角根部最大減薄率為33%(距離下死點0.5mm)，一般認為DC04-FD 的薄板材料，在沖壓成形過程中局部區域減薄率超過25%，即認為該零件存在開裂。經過CAE 分析，頂蓋中部的加強筋開裂部位最大失效因子為1.3，理論上最大失效因子超過0.8，我們則判定零件存在較大開裂風險，頂蓋實際分析值1.3 已遠遠超過指標。在頂蓋的整個成形過程中，最大接觸應力為凹模或凸模圓角加載在板料上的最大法向接觸應力，圖2 計算結果顯示圓角部位最大接觸應力達到44.6MPa，開裂風險大。

圖2 CAE 分析結果

表1 材料性能參數

解決方案分析

在實際CAE 的計算運用中，失效因子、減薄率和最大接觸應力，這3 項指標超出理論安全值，零件就會出現較大的開裂風險。為降低零件開裂風險，我們一般需要合理放大圓角，以降低圓角處材料減薄率及最大接觸應力。其實在零件設計前期，這些都是需要考慮的，目前從實際來看，只能從零件結構、現裝工藝以及模具結構方面尋找可行性整改方案。

更換材料牌號提升材料性能

如更換DC05-FD 材料，材料性能的提升，有助于成形性能改善。但提升材料性能后，屈服強度會下降，整車在惡劣工況下存在失效的風險。并且更換材料牌號后r 值會有很大提高，產品沖擊線會變得不可控，故此方案不可行。

材料牌號不變對參數進行規范

理化和現場顯示材料延伸率在40%以下在沖壓工藝波動下易縮，大于41%較安全，材料斷后延伸率建議不小于42%，另外同一批次料性能盡量保持同一卷料(該產品沖擊線對材料參數敏感)，已和鋼廠溝通并協調實施。

開裂位置圓角半徑處理

開裂位置外觀圓角半徑(圖3 黃色區域)從原來的6.5 ～8mm 增加到12mm。模具圓角適當增大可有效減小局部接觸應力，降低材料流動阻力以及減薄率。通過CAE 進行對比分析，結果顯示外觀圓角半徑增加到12mm 后，減薄率、最大失效因子、接觸應力均有很大改善，圓角調整前后對比如圖4 所示。

對危險區域增加下噴油

現沖壓工藝為單面噴油(只在料上表面噴油)導致凹模R 角和料流動阻力大，增加噴油可以減少料流動阻力使產品均勻變形。反算危險區域對應板料的點，并相應增加下噴油點減少板料和模具的摩擦系數，如圖5 所示，現該方案已得到落實和固化。

根據以上幾點的方案分析，總結詳見表2。

圖3 調整圓角區域

表2 方案匯總

圖4 圓角調整前后CAE 模擬對比

圖5 新增危險點噴油區域

結束語

汽車零件的外觀和功能是最基本的使用性能，相信在各大汽車主機廠，都會有這種拉延深度較深的外觀件，在長期的生產過程中，也會出現外觀質量不穩定的問題，在這種情況下，就需要運用CAE 等技術分析軟件進行理論確認分析，同時也要從其他可能出現影響的因素方面考慮，多方面、多維度逐一分析確認，找尋最有效的調整方法。