頂蓋外板是白車身上一個(gè)重要的制件，其尾部與多個(gè)制件存在連接、匹配關(guān)系。本文針對(duì)頂蓋外板尾部?jī)蓚?cè)褶皺問題，從理論、工藝以及模擬分析出發(fā)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并通過工藝優(yōu)化提出相應(yīng)的解決措施，最終在實(shí)物上驗(yàn)證解決了這一問題。

頂蓋外板是白車身上一個(gè)重要的制件。其主型面為外觀A 級(jí)曲面，與側(cè)圍外板、后背門等多個(gè)外表面件存在搭接關(guān)系，其結(jié)構(gòu)面也與流水槽、加強(qiáng)橫梁等眾多小件存在焊接、涂膠等連接關(guān)系。頂蓋外板尾部?jī)蓚?cè)區(qū)域雖然被劃分為外觀Ⅱ區(qū)(依據(jù)康采恩分區(qū)原則)，但由于與多個(gè)小件存在焊接、涂膠的連接關(guān)系，其表面要求不得有較大的波浪、褶皺問題。本文針對(duì)多個(gè)項(xiàng)目中頂蓋外板尾部?jī)蓚?cè)褶皺的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析探討，并進(jìn)行了相應(yīng)的工藝改善。

問題闡述

在近期兩個(gè)項(xiàng)目中，頂蓋外板尾部?jī)蓚?cè)均出現(xiàn)了大小不一的褶皺現(xiàn)象。經(jīng)整形鑲塊強(qiáng)壓后仍有部分褶皺無(wú)法消除，如圖1 所示。

原因分析

理論分析

起皺是一種厚度方向上塑性失穩(wěn)的表現(xiàn)。一般情況下，如果板料的相對(duì)厚度較小，而壓應(yīng)力又較大時(shí)，在板厚方向上最容易失去塑性穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，使板料在垂直方向上做微小的移動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)輕微的波狀，隨高度的增加發(fā)生起皺。

按照引發(fā)起皺的應(yīng)力情況，主要可以分為壓應(yīng)力起皺(即壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)，如凹?？诘钠鸢?、不均勻拉應(yīng)力起皺(即板料受到的外力是同軸平衡力，但拉應(yīng)力不均勻而引起的不均勻變形，如外覆蓋件常見的表面波紋)和切應(yīng)力起皺(即板料受到的外力是非同軸平衡力，產(chǎn)生剪切應(yīng)力導(dǎo)致起皺)等。

在產(chǎn)品上沿褶皺趨勢(shì)方向大致做兩條垂直的剖線，測(cè)量從側(cè)整R 角下切點(diǎn)到流水槽R 角切點(diǎn)的距離，剖線從外向內(nèi)線長(zhǎng)在減少(圖2)。根據(jù)上文所述的起皺產(chǎn)生機(jī)理可以初步判定該位置存在壓應(yīng)力起皺，類似于拉深成形中凹模口的起皺現(xiàn)象。

工藝分析

這兩個(gè)項(xiàng)目中，頂蓋外板的成形工藝基本一致，具體成形工藝如圖3 所示。從工藝上可以看出，頂蓋外板尾部的成形主要分為以下幾個(gè)部分：首先，OP20 尾部的直翻邊，其目的在于硬化A 面棱線R 角，盡可能減少尾部側(cè)整帶來的面品缺陷；其次，OP30進(jìn)行尾部側(cè)整，尾部主要的結(jié)構(gòu)面在側(cè)整形鑲塊的作用下成形；最后，OP40 進(jìn)行尾部流水槽的整形及修邊，形成最終產(chǎn)品。受工序數(shù)限制，OP20 尾部直翻邊的同時(shí)進(jìn)行了兩側(cè)的修邊工作，在OP30 整形時(shí)尾部?jī)蓚?cè)已經(jīng)修邊到位，不存在整形壓料。這也就無(wú)法避免側(cè)整形時(shí)尾部?jī)蓚?cè)的走料。

CAE 模擬分析

雖然A、B 兩個(gè)產(chǎn)品的褶皺在位置上略有不同，但其褶皺的產(chǎn)生機(jī)理是一致的。下面就以A產(chǎn)品為例，借助CAE 軟件進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。

如圖4 所示，在側(cè)整形過程中特別是接近結(jié)束時(shí)，材料主要以箭頭所示方向流動(dòng)，由于其側(cè)整深度的不同以及鉸鏈面的要料，材料并非線性的流動(dòng)。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的差異，呈現(xiàn)出不同區(qū)域聚集的現(xiàn)象。圖5 所示的應(yīng)力狀態(tài)分布就很好的說明了這一現(xiàn)象。這種非線性的材料流動(dòng)也導(dǎo)致了應(yīng)變分布上的差異性，從圖6 可以看出在鉸鏈臺(tái)過渡面及側(cè)整根部的應(yīng)變較大，同時(shí)可以看到尾部?jī)蓚?cè)的型面上分布的壓應(yīng)變方向基本與走料方向垂直。

綜合理論及CAE 分析結(jié)果，同時(shí)結(jié)合工藝分析的結(jié)論，可以確定該褶皺是在走料過程中由于垂直方向上多料產(chǎn)生的一種壓應(yīng)力起皺，是一種類似于拉深成形中凹?？诘钠鸢櫖F(xiàn)象。

應(yīng)對(duì)措施及驗(yàn)證

由于該位置的起皺屬于壓應(yīng)力起皺，而原工藝中缺乏有效的壓料，如何設(shè)置有效的整形壓料成為解決問題的關(guān)鍵。

圖7 方案1 的頂蓋成形工藝

方案1：先進(jìn)行周圈整形后進(jìn)行周圈修邊，具體工藝流程如圖7 所示。這也是早期常采用的一種頂蓋成形工藝。其中OP20 整形壓料情況如圖8 所示，通過在側(cè)整兩側(cè)增加側(cè)壓料的措施，抑制了側(cè)整過程中兩側(cè)材料的流動(dòng)。在此工藝方案下成形的產(chǎn)品實(shí)物狀態(tài)如圖9 所示，可以看出頂蓋尾部?jī)蓚?cè)已經(jīng)沒有明顯的褶皺。

但在該工藝方案下，制件容易在整形凸模與固定凸模接縫處產(chǎn)生面品缺陷。為了頂蓋外板尾部側(cè)整后能順利取件，一般采用推拉或者插刀式的活動(dòng)凸模(圖10)。調(diào)試過程中，如果活動(dòng)凸模與下模的固定凸模接縫研配不到位或者活動(dòng)凸模工作狀態(tài)限位不穩(wěn)，都將導(dǎo)致凸模型面分縫位置出現(xiàn)斷差，在斷差的端頭部位一般形成坑(圖11)，中部則多形成印痕或波浪的缺陷。在實(shí)際情況中，接縫處的裝配及研配一般很難達(dá)到完全貼合的狀態(tài)，最終都將會(huì)在棱線或主型面上形成輕微的面品缺陷。

方案2：鑒于方案1 的缺陷，考慮將周圈整形分到兩序進(jìn)行，同時(shí)將整形區(qū)域避開活動(dòng)凸模與固定凸模的接縫區(qū)域。據(jù)此設(shè)計(jì)工藝方案如下，周圈整形分到OP20 及OP30 兩序進(jìn)行：OP20 尾部整形，其他區(qū)域進(jìn)行修邊；OP30 尾部部分修邊，其他區(qū)域進(jìn)行整形。

在工藝設(shè)計(jì)上，為了避免兩序整形接刀不順，需要保證正側(cè)整形的交刀量。如圖13 所示，重合區(qū)域至少在30mm 以上，最佳設(shè)置在50mm 以上，同時(shí)為了避免出現(xiàn)方案1 的面品缺陷，在OP20 尾部側(cè)整時(shí)，整形區(qū)域需要避開活動(dòng)凸模與固定凸模接縫區(qū)域25mm 以上。

通過CAE 分析可以看出，受側(cè)整形時(shí)側(cè)壓料的影響，材料基本沿紅色箭頭方向(圖14)流動(dòng)補(bǔ)充成形過程中的缺料，在垂直方向上很少有材料的流動(dòng)。這就避免了兩側(cè)材料流動(dòng)帶來的壓應(yīng)力起皺。目前已按照此工藝方案出件，最終的實(shí)物狀態(tài)如圖15 所示，可以看出制件尾部?jī)蓚?cè)的褶皺已經(jīng)完全解決。

圖12 方案2 的頂蓋成形工藝

結(jié)論

通過將整形分散到兩序進(jìn)行，對(duì)頂蓋外板尾部側(cè)整區(qū)域兩側(cè)進(jìn)行有效壓料從根源上解決了頂蓋外板尾部?jī)蓚?cè)的褶皺問題。通過該問題的解決，有以下幾點(diǎn)總結(jié)：

⑴引起褶皺的原因有很多種，需要找到問題的根本原因才能有效解決問題。這次褶皺產(chǎn)生的根源在于壓應(yīng)力起皺，因此，頂蓋的起皺模型就可以簡(jiǎn)化到簡(jiǎn)單的拉深模型上，解決措施也就可以順利制定。

⑵工藝排布極大的影響了制件的成形質(zhì)量。制件各個(gè)小區(qū)域的成形工藝可以簡(jiǎn)單模塊化，根據(jù)成形需要可以將這些分散的小區(qū)域的成形工藝合理組合形成完整的制件成形工藝。

⑶優(yōu)化的工藝方案可能帶來新的面品缺陷，在不引入新缺陷的前提下解決當(dāng)前問題才是最優(yōu)方案。

鹿勝寶

沖壓工藝部沖壓技術(shù)員，主要從事車身覆蓋件沖壓SE 工作及沖壓生準(zhǔn)工作，參與不等厚高強(qiáng)拼焊板一體成形件的國(guó)產(chǎn)化及紅旗、奔騰、馬自達(dá)車型多個(gè)項(xiàng)目的生準(zhǔn)工作，擁有1 項(xiàng)專利。