作者：吳雄偉， 楊 建， 李钊文， 謝國文， 覃顯峰， 尤彬波（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）
文章已刊載在《模具制造》月刊，版權歸作者所有，轉載請注明出處，謝謝！
【摘要】以某車型機蓋内闆為研究對象， 基于Autoform分析結果， 比較幾種機蓋内闆成形工藝方案， 總結不同工藝方案優缺點， 得出一種合理的降本工藝方案模型， 并通過實際生産驗證制件的成形性及尺寸精度， 為後續新車型機蓋内闆工藝設計提供參考， 降低車型開發成本。
關鍵詞：機蓋内闆；降本；工藝；Autoform
1 引言
随着汽車行業的發展， 各車企對汽車制造成本從單件到總成的管控越來越精細化。沖壓件作為白車身的重要組成部分， 有效的降低沖壓件成本， 對降低整車制造成本效果十分顯著。
是以， 行業内也掀起一股研究沖壓件降本的潮流。餘敏等研究了側圍外闆工序優化降本方案 [1] ；林通等研究了優化材料牌号的降本方案 [2] ；馮芬豔等研究了沖壓件原材料降本優化方案 [3] 。
本文以某車型機蓋内闆為研究對象， 排布工藝方案， 基于Autoform分析軟體， 建構工藝模型， 仿真分析對比多種工藝方案， 并實物驗證可行的降本模型。
2 工藝排布
機蓋内闆結構簡單， 内部側壁角度較大， 成形性較好。如圖1所示。
圖1 機蓋内闆詳細結構圖
為了減少廢料刀的使用， 降低切削加工過程産生的鐵粉量， 工藝方案制定為4工序沖壓。
詳細工藝可排布為：①OP10：拉伸→②OP20:修邊+側修邊+沖孔→③OP30：修邊+側修邊+沖孔+側沖孔→④OP40：修邊+整形+沖孔， 如圖2所示。
圖2 詳細工藝方案排布圖
基于品質需求， 後工序内容基本一緻。本文重點論述拉伸工序工藝方案對降本的影響。
機蓋内闆拉伸工藝方案有3種：
（1） 方案1：閉口拉伸方案。
按照以往生産經驗， 機蓋外闆常采用正常閉口拉伸工藝方案。3D工藝模面， 如圖3所示， 影響成本關鍵點 （即影響材料使用率關鍵點） 為圓圈處所示位置。詳細截面圖如圖4所示。
圖3 閉口拉伸工藝模面 圖4 閉口拉伸關鍵點截面
（2） 方案2：開口拉伸方案。
為提升材料使用率， 降低生産成本， 控制影響材料使用率關鍵點的材料尺寸， 基于閉口拉伸工藝方案基礎進行工藝模面優化， 調整邊界工藝補充， 得出開口工藝模面如圖5所示， 詳細截面如圖6所示。
圖5 開口拉伸工藝模面 圖6 閉口拉伸關鍵點截面
閉口拉伸及開口拉伸根本差別在于， 影響率用率關鍵節點位置， 制件成形是否包圍後端工藝補充面。
（3） 方案3：浮動壓闆拉伸方案。
與正常工藝思路不同， 為最大化的優化關鍵點材料流動， 保證制件成形性。影響材料關鍵點區域增加上壓闆， 采用氮氣缸做壓力源， 減小坯料尺寸， 加大進料阻力， 控制材料流動， 進而降低材料成本。工藝面如圖7所示， 截面如圖8所示。
圖7 浮動壓闆拉伸工藝模面 圖8 浮動壓闆拉伸關鍵點截面
3 模型搭建
依據上述方案分析， 分别搭建機蓋内闆3種不同拉伸工藝方案,導入Autoform軟體， 建立CAE分析模型， 工具體分别如圖9、 圖10及圖11所示。
圖9 閉口仿真工藝模型
圖10 開閉口仿真工藝模型
圖11 浮動壓闆拉伸仿真工藝模型
為保證統一基準比較， 分析材料統一采用GC270F鋼闆 [4] ， 制件重6.18kg， 詳細材料曲線如圖12所示。
圖12 GC270材料曲線圖
網格劃分及詳細參數設定如圖13所示。
圖13 Autoform網格參數設定圖
完成模型建立及網格劃分設定後， 送出計算， 完成仿真分析。
方案1采用梯形料， 雙筋。坯料尺寸為：1,780×1,185mm；材料使用率約為：59.5%。成形後， 前端幾乎不進料， 後端關鍵點位置進料約35mm， 左右側最大進料約10mm， 整體拉伸較為充分， 坯料及成形雲圖如圖14所示。
圖14 方案1坯料及成形FLD圖
方案2采用梯形料， 雙筋。坯料尺寸為：1,780×1,140mm；材料使用率約為：61.9%成形後前端幾乎不進料， 後端關鍵點位置進料約20mm,左右側最大進料約17mm, 局部制件區域拉伸不充分， 有增厚及尺寸精度不良趨勢。坯料及成形雲圖如圖15所示。
圖15 方案1坯料及成形FLD圖
方案 3 采用方料， 單筋。坯料尺寸為：1,710×1,130mm；材料使用率為：62.6%。
成形後前端幾乎不進料， 後端關鍵點位置進料約7mm,左右側最大進料約19mm。整體拉伸較為充分，拉伸狀态與方案1基本一緻， 坯料及成形雲圖如圖16所示。
圖16 方案1坯料及成形FLD圖
4 浮壓結構及實物驗證
從工藝及 CAE 仿真綜合看， 方案 3 浮動壓闆工藝， 成形性及材料使用率是最優解。
4.1 模具結構
目前浮動壓闆工藝應用較少， 生産穩定性需進一步驗證。基于穩定性需求， 開發模具進行生産驗證。
方案3比方案1和方案2需多增加上模40t氮氣缸壓力源， 以最大氮氣缸10t每個計算， 需增加4個氮氣缸。模具結構如圖17所示。
圖17 浮動壓闆拉伸模結構
4.2 沖壓調試
以CAE仿真工藝生産參數為參考， 設定壓機基準壓力140t參數進行調試取件。因左右端筋條阻力過小， 材料流入與CAE分析有約10mm左右偏差。前後端關鍵區進料與CAE分析基本一緻， 後端中部流料多。最終闆料尺寸為1,730×1,130mm， 實際率用率為61.9%。
壓邊力上浮10%， 即155T沖壓取件， 制件成形性較穩定， 無開裂起皺。
取件狀态如圖18所示。
圖18 現場調試制件圖
4.3 品質檢測
為了進一步驗證制件尺寸精度， 沖孔切邊完成後，制件貼模進行自由狀态下藍光掃描， 并輸出掃描結果與數模對比回彈偏差雲圖。如圖19、 圖20所示。
圖19 實物貼模掃描圖
從圖20可以看出， 關鍵區域及制件内部大面回彈基準在±0.5mm之内。左右側最大回彈約2mm左右，後端中間位置最大回彈約2mm左右。與正常方案首次取樣狀态基本一緻， 後續通過型面研磨， 增加筋條阻力調試， 及局部型面補償可以較好的解決該問題點， 制件生産穩定性較好。
圖20 制件藍光掃描雲圖
5 結論
本文通過對比分析某車型機蓋内闆幾種不同工藝方案， 結合CAE仿真及生産驗證得出結論如下：
（1） 浮動壓闆工藝方案有效提升材料率用率， 降低每車生産成本約3.6元。
在保證制件成形性及品質的情況下， 采用浮動壓闆工藝， 比正常工藝方案材料率用率提升約3%， 成本每車節約約3.8元。
采用該工藝增加4個氮氣缸制件及維修總費用約8萬， 40萬産能計算每車成本增加約0.2元。
（2） 仿真分析闆料尺寸與實際生産有一定偏差。
因首輪調試， 闆料流入與實際仿真分析有偏差，導緻坯料尺寸與實際分析有一定偏差， 但在可調試的範圍内， 通過後期調試可解決該問題。
—The End—