發動機機罩外板風窗暗坑優化方案研究

趙 鋒，曲科宇，孟 炬，鄒鐵東

（中國第一汽車集團有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

發動機機罩外板風窗暗坑缺陷是車身覆蓋件的工藝缺陷，暗坑嚴重程度取決于造型的復雜程度。隨著國內汽車多曲率的造型設計不斷增加，特征角度變化越多，發動機機罩外板風窗暗坑缺陷越嚴重，使沖壓件表面質量降低，影響整車美觀。現采用模具活動塊結構，并進行過A面補償，對成品件型面進行測量，確定增量補償值及補償范圍，通過合理的活動塊壓料控制、標準的研磨方法，可以有效優化并消除發動機機罩外板風窗暗坑缺陷。

1 發動機機罩外板風窗暗坑缺陷

1.1 風窗暗坑缺陷狀態

某車型發動機機罩外板噴漆后光影檢查風窗暗坑缺陷嚴重，且拉深件左右側缺陷形式和位置相近，如圖1所示，屬于不可接受缺陷，無法通過返修消除，浪費材料，必須對發動機機罩外板風窗暗坑缺陷問題進行分析及優化。

圖1 發動機機罩外板風窗暗坑缺陷位置

1.2 風窗暗坑缺陷產生分析

1.2.1 發動機機罩外板風窗區域特征分析

從發動機機罩外板風窗區域的特征來看，此處中部型面為正向成形的漸變型面，風窗兩側邊緣型面為反向成形的漸變型面，正、反向成形的相接面屬于連續曲面，由于型面半徑存在變化，即存在突變曲率。該型面狀態會導致此區域板材成形不均勻，缺陷集中在正、反向成形的相接面突變曲率位置，如圖2所示。

圖2 發動機機罩外板風窗區域

根據發動機機罩外板風窗造型設計分析，其主棱線拐角位置正對應突變曲率連接位置，風窗主棱線拐角在沖壓成形時將放大突變曲率鏈接位置的突變狀態。

1.2.2 發動機機罩外板風窗區域工藝特征分析

該發動機機罩外板風窗正、反向成形的相接面突變曲率位置存在應變不足的問題，光影查看后發現突變曲率位置曲率變化突兀，如圖3所示。根據工藝特征分析，曲率變化突兀區域類似凸棱的效果，這是由風窗主棱線拐角在沖壓成形時放大了曲率連接位置的突變狀態導致，屬于嚴重的表面缺陷。

圖3 發動機機罩外板風窗工藝特征

1.2.3 發動機機罩外板風窗區域模擬分析

模擬分析中，風窗區域正、反向成形的相接面突變曲率位置顯示，風窗主棱線拐角位置正對的突變曲率連接位置成形不充分，如圖4所示。

圖4 發動機機罩外板風窗突變曲率位置應變不足

針對成形不充分區域進行外部控料分析，摩擦系數由0.15增加至0.20，控制整個成形過程的進料狀態改善。控制進料后風窗棱線圓角失效狀態如圖5所示，風窗主棱線拐角位置圓角存在失效風險點，而且風窗主棱線拐角位置正對的突變曲率連接位置區域仍成形不充分，因此通過控制進料不能解決突變曲率位置成形不充分問題。

圖5 控制進料后風窗棱線圓角失效狀態

針對成形不充分區域進行內部造型修改分析，突變曲率位置對應的反成形區域增加深度造型，優化內部突變曲率位置的成形不均勻現象。風窗棱線區域正反向成形的相接面位置減薄基本均勻，但風窗棱線區域以內正、反向成形的相接面位置減薄不均勻，因此通過內部造型修改也不能保證突變曲率位置頂面成形均勻，如圖6所示。

圖6 內部造型深度修改后成形減薄不均勻

根據模擬分析，風窗主棱線拐角位置正對的突變曲率連接位置成形不充分，無論是控制進料還是修改內部造型都無法完成有效的工藝優化過程，突變曲率位置反向成形區域回彈塌陷現象嚴重，使曲率變化突兀區域更凸顯，凸棱狀態更嚴重，導致風窗主棱線拐角位置突變曲率連接區域出現表面缺陷。

1.2.4 工序工藝分析

拉深模型面設計中，對風窗區域正、反向成形的相接面突變曲率位置型面進行著色確認，按照工藝要求，正向成形雙向著色，保證成形減薄均勻，定型穩定；反向成形單向著色，保證成形后正常彈性回復，減輕突變曲率位置正、反成形相接面凸棱缺陷趨勢，如圖7所示。

圖7 發動機機罩外板拉深模風窗區域型面

修邊模型面設計中，風窗區域正、反向成形的相接面突變曲率位置沒有設計工藝型面，理論上風窗區域正、反向成形的相接面突變曲率位置將不發生變化，并且突變曲率位置遠離修邊線，修邊后的應力釋放不會影響內部突變曲率位置，因此修邊件突變曲率位置的表面狀態將保持拉深出件狀態，如圖8所示。

圖8 發動機機罩外板修邊模型面設計

翻邊模型面設計中，風窗區域正、反向成形的相接面突變曲率位置也沒有設計工藝型面，風窗區域翻邊線遠離內部正、反向成形的相接面突變曲率位置，翻邊后的翻邊線附近表面質量變化不會影響內部突變曲率位置，因此翻邊件突變曲率位置的表面狀態將保持拉深出件狀態，如圖9所示。

圖9 發動機機罩外板翻邊模型面設計

根據各個工序的模具型面分析，拉深模主型面按照成形制件造型設計，由于成形制件特征原因，不可以更改特征造型型面，即拉深模不能進行型面補償修改。因此修邊模、翻邊模型面需要增加工藝型面結構，保證其型面具備補償工藝性，可以更好地優化風窗暗坑缺陷。

1.2.5 工序件波浪狀態分析

為了更好地分析發動機機罩外板風窗暗坑缺陷，對成品件風窗暗坑狀態進行對應位置測量，如圖10所示，確認數據偏差量，如表1所示。

圖10 發動機機罩外板風窗區域測量位置

表1 發動機機罩外板風窗區域測量數據 mm

由表1可以看出，成品件風窗區域正、反向成形的相接面突變曲率位置變化量較大，存在成形不充分引起的塌陷；鑒于拉深型面不宜進行型面補償，翻邊模同樣不宜進行型面修改，所以首選在修邊模風窗區域新增工藝型面結構。

1.2.6 工序工藝修改

根據修邊模結構設計，修邊凸模增加2個鑲件，按照圖紙尺寸加工；上模增加9個墊塊，按照圖紙尺寸加工安裝面，去除壓料芯上原有的4個天窗蓋板，堵住螺釘孔和銷釘孔，壓料芯上增加2個鑲件，如圖11所示。修邊模增加工藝型面結構后，滿足了過A面補償的基礎型面要求，可以根據成形制件狀態進行合理的型面補償修改。

圖11 修邊模增加補償型面結構設計

2 方案實施及效果確認

2.1 總體方案

對修邊模中風窗區域突變曲率位置新增型面進行過A面補償、研磨、出件確認。具體方案細節如表2所示。

表2 實施方案匯總

2.2 凸模過A面補償方法

過A面補償方法是車身外覆蓋件表面質量提升的有效方法，目前已經應用到多款車型。過A面補償方法的主要工作過程為：①模具零件型面檢測；②缺陷位置增量補償；③研模。

補償過程如圖12所示，拉深模中拉深件位置1確認缺陷狀態后，針對拉深凸模A面對應的位置2進行過A面補償，修正后得到拉深凸模型面3，通過凹模對應位置4到底著色研磨，穩定并減緩拉深件缺陷狀態。翻邊整形模中，翻邊整形件位置5確認缺陷狀態后，針對翻邊整形凸模A面對應的位置6進行過A面補償，修正后得到翻邊整形凸模型面7，通過壓料型面著色確認，針對翻邊整形壓料型面對應的位置8進行過A面補償，修正后得到翻邊整形壓料型面9，通過壓料型面著色研磨，減緩或消除缺陷。

圖12 凸模過A面補償

2.3 實施情況

修邊模新增補償型面后，在新增的補償型面上進行過A面補償。

2.3.1 修邊模新增型面一次過A面補償

如圖13所示，按照圓圈區域左右對稱補焊型面，下模數銑加工，對凸模型面進行0.6 mm的增量補償、修整、研磨及成品件確認。根據成品件光影檢查，暗坑狀態明顯緩解，修邊模可以繼續進行補償。

圖13 型面修改后過A面補償及成品件狀態

2.3.2 修邊模新增型面二次過A面補償

根據暗坑變化，針對修邊模新增型面進行二次補償。擴大補償范圍，凸模增大補償量（下模2個鑲件底面增加厚度為1.0 mm的墊片），壓料體新增型面下增加0.4 mm的墊片，數控加工，進行二次增量補償、修整研磨后凸模增量控制在1.2 mm，成品件狀態確認如圖14所示。

圖14 新增型面二次過A面補償及成品件狀態

為了確認發動機機罩外板風窗暗坑缺陷優化后的狀態，對成品件風窗暗坑對應位置進行測量，如圖15和表3所示。根據測量數據，可以確認發動機機罩外板風窗暗坑的變化量控制在0.02 mm，對于發動機機罩類較為平緩的大曲率制件，這種程度的型面變化可以忽略不計。

表3 發動機機罩外板風窗區域測量數據 mm

圖15 發動機機罩外板修改補償后風窗區域測量

2.4 效果驗證

在保證發動機機罩外板拉深件風窗暗坑缺陷穩定的前提下，對修邊模增加工藝型面，在新增的工藝型面上進行合理的定點、定量補償，通過可控的壓料體工藝面修改，增加壓料體墊片，上、下模型面對型到底，研磨設備研磨上、下模型面等措施，以批量生產穩定性為指標驗證效果。發動機機罩外板風窗暗坑在修邊模修改型面并實施過A面補償后，成品件面品狀態良好，缺陷已消除，批量出件穩定，如圖16所示。

圖16 批量生產單件

3 結束語

制件造型的復雜程度影響工藝設計，最終影響實際出件的結果。為了解決發動機機罩外板風窗暗坑缺陷，首先要確保制件特征區域拉深成形的穩定性，在保證拉深凸、凹模型面不變的前提下，針對后工序中無內部型面變化，模具增加工藝型面，同時在新增的工藝型面上采用過A面補償方法，進行定點、定量補償模具型面來優化并消除發動機機罩外板風窗暗坑缺陷。