汽車頂蓋沖壓成形缺陷與模具調試方法分析

中圖分類號：U463 收稿日期：2025-03-25 DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.05.029

Analysis of Defects in Stamping Forming of Automotive Top Cover and Mold Debugging Methods

Chen Yan Tesla（Shanghai）Co.，Ltd.，Shanghai 20oooo，China

Abstract：Thispaperconducts in-depthresearchonthedefectproblems thatoccurduringthestampingprocessofautomobileof covers.Firstly，abriefitroductionwasgiventothestructuralcharacteristsofcaroofcoversandtheprinciplesofstampingforing direction.Then，tecommondefectproblemsincarofstampingfoingwereanalyzedindetailndthecausesandeectofdifer entdefects wereclarified.Finaly，aseriesofmolddebuggingmeasures wereproposedfordierent defect problems.Research ConclusionsCantoprovidetchncalreferencesndpracticalguidanceforrelevantpractitioners，ndpromotethesustainableandhalthydevelopment of the automotive manufacturing industry.

Keywords：Car roof cover;Stamping forming;Defects;Die adjustment

1前言

隨著經濟的不斷發展和城市化建設的加快，社會大眾對汽車市場有了更高層次的要求，汽車制造企業面臨轉型升級的新發展機遇。汽車生產與制造過程中的沖壓成形加工工藝加工精度較高，特別是對于汽車頂蓋來說，它作為汽車車身的重要組成部分之一，其沖壓成形質量直接影響到汽車的整體外觀性能和安全性。因此需要針對當前汽車頂蓋加工中出現的各種缺陷問題進行研究，不斷對沖壓成形工藝進行優化。

2汽車頂蓋的結構特點與沖壓方向原則

常見于汽車頂蓋的制作材料主要有鋁合金板或高強度鋼板等，且汽車頂蓋大多呈現出流暢且復雜的曲面結構形狀，加強筋的布局和連接方式也與沖壓成形工藝相配合，能夠有效增強汽車頂蓋分別在前后兩個方向上的抗彎能力。

通常情況下，應用在汽車頂蓋中的沖壓成形工藝，主要以拉伸與脹拉形變相結合的方式，來完成對汽車頂蓋的處理。要想在此過程中進一步提升頂蓋件的加工質量，需要嚴格控制好沖壓成形工藝的沖壓方向，如圖1所示，以便避免后續處理過程中產生阻止凹模與凸模結合的沖壓負角。

另外，還應根據板材在沖壓成形過程中出現的應力和應變數據，對壓邊力、沖壓速度和沖壓方向進行進一步調整，較大的拉延深度應與最淺沖壓方向相契合，以保證壞料平衡流入，杜絕因塑性形變不足或零件剛度不達標而導致的汽車頂蓋缺陷問題。

3汽車頂蓋沖壓成形缺陷

3.1開裂缺陷

開裂是一種常見于汽車頂蓋沖壓成形過程中的嚴重缺陷，若所使用的材料強度過高或塑性不足，如鋁合金板屈服強度和抗拉強度未達到沖壓成形所需，在實際沖壓成形過程中就會因塑性形變不均勻導致應力集中，在拉伸時所產生的延伸率無法抵抗局部應力集中，從而導致頂蓋部位發生開裂。若所使用的模具圓角半徑未達到設計需求，汽車頂蓋在實際沖壓成形工藝的使用過程中，也會因模具間隙的不均勻導致板材變形和開裂。除此之外，若未對沖壓參數進行合理控制，導致汽車頂蓋沖壓成形的速度過快，或是產品翻邊深度過高、翻邊毛壞邊緣有毛刺，汽車頂蓋板才會在較短時間內受到其無法承受的較大沖擊力，從而引發開裂缺陷。

出現開裂缺陷的汽車頂蓋部位呈現出明顯的不規則裂紋，主要常見于汽車頂蓋尾部的拐角處和其他邊緣位置，該缺陷的出現會破壞汽車頂蓋的外觀完整性，同時也會降低整個汽車頂蓋結構的強度和抗沖擊性能。

3.2起皺缺陷

由于汽車頂蓋的結構和形狀較為復雜，因此在實際沖壓成形過程中，汽車頂蓋各位置的形變程度均不相同。受到摩擦力、模具形狀和覆蓋件工藝性等因素的影響，汽車頂蓋板材在實際沖壓成形過程中無法實現均勻流動，再加上進料阻力較小，板材與壓料面并未充分接觸，會導致材料在模具型腔中以不同流動速度自由流動在各個位置上。若此時還存在凸凹模配合間隙不均勻問題，比如模具上下模之間存在間隙偏差，均會導致沖壓成形后的汽車頂蓋在對應部位出現起皺缺陷。另外，若模具壓邊圈存在局部磨損，或是加工精度不足，也會導致出現局部磨損的位置在沖壓成形過程中所產生的壓邊力低于其他正常位置，最終導致其中缺陷的出現。

出現起皺缺陷的汽車頂蓋部位呈現出明顯的不規則波紋或皺紋，常見于汽車頂蓋的中部、邊緣以及拐角處等關鍵位置。類缺陷不僅使汽車頂蓋整體光潔度和平整度下降，還會導致頂蓋表面厚度不均，對后續涂層裝配等其他加工工序造成不利影響，最終導致汽車頂蓋的結構強度和剛度無法滿足實際使用需求。

3.3回彈缺陷

回彈缺陷是一種常見于汽車頂蓋沖壓成形過程中的沖壓件缺陷問題。該缺陷是指板料在沖壓載荷完全卸除后所發生的一種彈性形變現象，這種現象會導致其在模具行腔內的尺寸與最終加工所得尺寸存在較大誤差。回彈缺陷的出現，不僅對汽車頂蓋的形狀精度產生了嚴重影響，而且降低了整個汽車產品的質量安全性和穩定性。

材料不同，彈性模量和屈服強度均不相同，在回彈特性等多方面也存在明顯差異，因此無法采取措施完全消除回彈缺陷，只能盡可能削弱回彈現象的明顯程度，減少該現象對汽車質量的影響。材料的彈性模量與彈性形變、回彈量之間存在明顯的反比例關系，在沖壓條件不變的情況下，若所使用材料的彈性模量較小，則其在沖壓成形加工過程中的彈性形變量越大，回彈量也就隨之增大。也就是說，鋁合金板材在沖壓成形完成后所產生的回彈量，通常要大于高強度鋼板在沖壓成形完成后所產生的回彈量。除此之外，材料在彎曲過程中的實際變形程度還與彎曲中心角有關，若彎曲中心角較大，則材料在實際沖壓成形過程中所產生的形變程度也就越大，此種現象會進一步提升材料內部所產生的殘余應力，最終導致回彈量增加，回彈缺陷明顯[2]。

3.4其他表面缺陷

除了上述提到的3種缺陷以外，汽車頂蓋在實際沖壓成形過程中，還易發生凹陷、滑移線壓痕等其他表面缺陷。這些表面缺陷所產生的原因主要包括模具局部磨損、板材局部受力不均勻等，這不僅會影響汽車頂蓋的表面整潔度和外觀質量，還會削弱整個頂蓋的耐久性，因此需采取相應措施解決表面缺陷對汽車外覆蓋件的質量與性能的影響。

4模具調試的基本原則

a.要嚴格遵循保證汽車頂蓋沖壓件質量的原則。若在汽車頂蓋沖壓成形過程中，發現汽車頂蓋因操作不當或參數規格調試錯誤而導致各種缺陷問題的出現，則應在后續工作中先對模具結構和沖壓工藝進行檢查分析，并針對缺陷問題進行多次反復沖壓試驗，同時結合實際情況判斷，判斷當前調試措施是否能有效解決這些缺陷問題，從而保證沖壓件質量。

b.要嚴格遵循生產效率提高的原則。與傳統模具調試不同，相關從業者應站在現代化社會發展的角度下，在模具調試中引入以數值模擬技術為主的現代化信息技術手段，根據模擬分析結果發現原有生產工藝和方案中的不合理之處，并由此對模具調試方案和沖壓成形工藝進行進一步調整與優化，在盡可能減少沖壓成形與缺陷解決的時間和所消耗成本的同時，提高汽車頂蓋沖壓成形以及整個汽車生產過程的效率。

c.要嚴格遵循針對汽車頂蓋沖壓成形的全過程監管原則。除了要在沖壓成形與模具調試工作正式開展前，要進行外觀檢查和性能測量以外，還應對沖壓件在沖壓成形與模具調試操作中的質量進行實時監測，保證模具的開合狀態和間隙等規格狀態均控制在汽車頂蓋沖壓成形的允許范圍之內。除此之外，還應在一車頂蓋沖壓成形以及缺陷處理工作全部完成后，從尺寸精度、表面質量和缺陷發生率等多個方面對此次模具調試方法進行總結，并結合生產實際情況加強對模具的維護保養，以保證后續汽車生產所使用的模具參數組合最優[3]。

5基于汽車頂蓋沖壓成形缺陷的模具調試

5.1開裂、開裂缺陷的解決

以某個汽車制造企業所生產的SUV車型汽車為例，由于該車型在實際沖壓成形過程中所選擇的工藝技術為OP10拉深、OP20整形到零件尺寸，因尾部調試不穩定且模具間隙不均勻，開裂現象會在當前汽車頂蓋減薄率上升至 20% 以后出現，并隨著減薄率的不斷提升而逐漸加深。OP10與OP20之間的截面線長之間存在較大差距，冗余度無法滿足后期調試工藝正常展開所需，再加上原模具的拉深筋布局結構不合理，拉深筋會在汽車頂蓋的拐角處出現阻力過大等問題，因此材料會因流動不暢而導致應力集中問題，最終引發開裂。對應模具調試方法如下：

a.在合理范圍內縮減OP10與OP20截面線長之間的差距，在保持OP20截面線長不變的情況下，適度增加OP10的沖壓成形線長。

b.盡可能下調減薄率，特別是對于拉伸側壁等關鍵位置來說。

c.在汽車頂蓋拐角處等關鍵位置優化拉深筋，既要在合理范圍內減小拉深筋的實際高度，又要適度增大其圓角半徑，以保證材料能夠從外部順利流入，如效應阻力過大而導致材料流動不均衡等問題。

d.適當減小壓料板的氮氣缸壓力。但需要注意的是，該優化方法需要在保證OP20整形材料流動均勻性較強的前提下進行，這樣才能避免因材料流動不均勻而導致的外壓料力與沖壓成形力不匹配等問題。

e.適當增加儲料包[4]。

5.2起皺缺陷的解決

針對由于壓變力不足和模具結構不合理所導致的汽車頂蓋尾部汽車缺陷問題，應采取以下幾種模具調試方法進行優化解決：

a.通過多次實驗方法，對現有沖壓成形生產中的壓變力參數進行調節，將其提高至能有效改善汽車頂蓋中部和其他邊緣位置的起皺的數值。

b.對模具進行全面性能測試與檢查，確定模具間隙，并調整平衡塊間隙、壓邊圈間隙等其他基礎參數，以保證關鍵部位的參數值能夠滿足針對汽車頂蓋起皺缺陷的模具調試要求。

c.對OP10板料進行優化，第二根拉伸筋由原有位置外留至 5～8mm 。但該優化調試方法需要在OP10板料成形后進行，且此時側壁的減薄率應滿足汽車頂蓋的沖壓成形工藝的規定。

d.在合理范圍內進一步擴大壓料板的局部壓料范圍，同時，在已經出現起皺現象的汽車頂蓋位置，增加數個凹筋和吸皺筋，由此實現對汽車頂蓋中間起皺的有效控制。

5.3回彈問題的處理

針對由于模具負角不合理和整形工序等因素所導致的汽車頂蓋回彈缺陷，可采取以下方式對該問題做出整改：

a.通過多次數據模擬和實際測驗，對模具負角的大小和方向做出適當調整，以保證模具能夠在對汽車頂蓋的沖壓成形過程中，會持續對沖壓件施加更大的反向作用力，有效補償沖壓線在加工過程中的回彈現象。

b.對現有整形工序進行優化與參數調整，除了通過合理調整整型壓力和速度等工藝參數的方法，保證沖壓件在沖壓整形過程中能夠受到足夠壓力，并由此實現回彈量減小的目的以外，還可根據實際情況選擇是否需要對沖壓件進行二次加工，以滿足汽車頂蓋在尺寸精度和后期裝配質量上的要求。

5.4角部缺陷處理

對于汽車頂蓋在沖壓成形過程中所產生的角部表面缺陷來說，由于側圍與后蓋分別與汽車頂蓋的角部相匹配，因此受到負角成形作用的影響，側圍方向和后蓋方向均需在實際沖壓成形工藝中采用斜楔成形方法。另外，由于活動凸模與固定凸模之間存在一定間隙和高低差，因此二者會在同時受力情況下，出現角部表面缺陷。對于汽車頂蓋在沖壓成形過程中所產生的角部缺陷，需要使用過渡光順工藝，分別對活動凸模和固定凸模做出處理，同時調整正壓料板的壓力，以保證下壓板壓力始終低于正壓料板壓力值。除此之外，還需針對各個工件在沖壓成形過程中出現的回彈問題，采用實際測量與焊燒補償方法，重新調整OP20工件和凸模在沖壓成形過程中的符性狀態，盡快解決汽車頂蓋在沖壓成形過程中所出現的表面缺陷。

6結語

汽車頂蓋沖壓成形處理中的缺陷類型多種多樣，且不同缺陷的成因和特征有所區別，相關從業者應盡快明確不同缺陷所屬的類型和影響因素，在掌握汽車頂蓋制作原理與沖壓成形工藝應用要點的基礎上，根據可能出現的缺陷問題，采取相應的模具調試措施，同時通過構建有限元模型或使用現代化信息技術手段等方式，為模具調試提供數據支持與保障，由此增強汽車制造企業在市場上的競爭力。

參考文獻：

[1]余海兵.汽車頂蓋沖壓成形缺陷與模具調試[J].模具工業，2024，50（10）：44-47.

[2]畢麗娟，石亞鵬，白朋鵬.汽車頂蓋天線安裝凸臺周圍表面缺陷研究[J].汽車工藝與材料，2023（7）：42-46+51.

[3]曾世耀，楊歡，陳功寶，等.汽車頂蓋多配置模具共用性設計與應用[J].模具工業，2023，49（5）：18-22.

[4]黃尚倫，高建森，牟遴.頂蓋激光釬焊主要缺陷及影響因素分析[J].中國設備工程，2022（1）：100-102.

作者簡介：

陳巖，男，1992年生，壓鑄模具維修技師，研究方向為沖壓模具及壓鑄模具、產品問題改善。