作者：吴雄伟， 杨 建， 李钊文， 谢国文， 覃显峰， 尤彬波（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）
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【摘要】以某车型机盖内板为研究对象， 基于Autoform分析结果， 比较几种机盖内板成形工艺方案， 总结不同工艺方案优缺点， 得出一种合理的降本工艺方案模型， 并通过实际生产验证制件的成形性及尺寸精度， 为后续新车型机盖内板工艺设计提供参考， 降低车型开发成本。
关键词：机盖内板；降本；工艺；Autoform
1 引言
随着汽车行业的发展， 各车企对汽车制造成本从单件到总成的管控越来越精细化。冲压件作为白车身的重要组成部分， 有效的降低冲压件成本， 对降低整车制造成本效果十分显著。
因此， 行业内也掀起一股研究冲压件降本的潮流。余敏等研究了侧围外板工序优化降本方案 [1] ；林通等研究了优化材料牌号的降本方案 [2] ；冯芬艳等研究了冲压件原材料降本优化方案 [3] 。
本文以某车型机盖内板为研究对象， 排布工艺方案， 基于Autoform分析软件， 构建工艺模型， 仿真分析对比多种工艺方案， 并实物验证可行的降本模型。
2 工艺排布
机盖内板结构简单， 内部侧壁角度较大， 成形性较好。如图1所示。
图1 机盖内板详细结构图
为了减少废料刀的使用， 降低切削加工过程产生的铁粉量， 工艺方案制定为4工序冲压。
详细工艺可排布为：①OP10：拉伸→②OP20:修边+侧修边+冲孔→③OP30：修边+侧修边+冲孔+侧冲孔→④OP40：修边+整形+冲孔， 如图2所示。
图2 详细工艺方案排布图
基于品质需求， 后工序内容基本一致。本文重点论述拉伸工序工艺方案对降本的影响。
机盖内板拉伸工艺方案有3种：
（1） 方案1：闭口拉伸方案。
按照以往生产经验， 机盖外板常采用常规闭口拉伸工艺方案。3D工艺模面， 如图3所示， 影响成本关键点 （即影响材料利用率关键点） 为圆圈处所示位置。详细截面图如图4所示。
图3 闭口拉伸工艺模面 图4 闭口拉伸关键点截面
（2） 方案2：开口拉伸方案。
为提升材料利用率， 降低生产成本， 控制影响材料利用率关键点的材料尺寸， 基于闭口拉伸工艺方案基础进行工艺模面优化， 调整边界工艺补充， 得出开口工艺模面如图5所示， 详细截面如图6所示。
图5 开口拉伸工艺模面 图6 闭口拉伸关键点截面
闭口拉伸及开口拉伸根本区别在于， 影响率用率关键节点位置， 制件成形是否包围后端工艺补充面。
（3） 方案3：浮动压板拉伸方案。
与常规工艺思路不同， 为最大化的优化关键点材料流动， 保证制件成形性。影响材料关键点区域增加上压板， 采用氮气缸做压力源， 减小坯料尺寸， 加大进料阻力， 控制材料流动， 从而降低材料成本。工艺面如图7所示， 截面如图8所示。
图7 浮动压板拉伸工艺模面 图8 浮动压板拉伸关键点截面
3 模型搭建
依据上述方案分析， 分别搭建机盖内板3种不同拉伸工艺方案,导入Autoform软件， 创建CAE分析模型， 工具体分别如图9、 图10及图11所示。
图9 闭口仿真工艺模型
图10 开闭口仿真工艺模型
图11 浮动压板拉伸仿真工艺模型
为保证统一基准比较， 分析材料统一采用GC270F钢板 [4] ， 制件重6.18kg， 详细材料曲线如图12所示。
图12 GC270材料曲线图
网格划分及详细参数设置如图13所示。
图13 Autoform网格参数设置图
完成模型创建及网格划分设置后， 提交计算， 完成仿真分析。
方案1采用梯形料， 双筋。坯料尺寸为：1,780×1,185mm；材料利用率约为：59.5%。成形后， 前端几乎不进料， 后端关键点位置进料约35mm， 左右侧最大进料约10mm， 整体拉伸较为充分， 坯料及成形云图如图14所示。
图14 方案1坯料及成形FLD图
方案2采用梯形料， 双筋。坯料尺寸为：1,780×1,140mm；材料利用率约为：61.9%成形后前端几乎不进料， 后端关键点位置进料约20mm,左右侧最大进料约17mm, 局部制件区域拉伸不充分， 有增厚及尺寸精度不良趋势。坯料及成形云图如图15所示。
图15 方案1坯料及成形FLD图
方案 3 采用方料， 单筋。坯料尺寸为：1,710×1,130mm；材料利用率为：62.6%。
成形后前端几乎不进料， 后端关键点位置进料约7mm,左右侧最大进料约19mm。整体拉伸较为充分，拉伸状态与方案1基本一致， 坯料及成形云图如图16所示。
图16 方案1坯料及成形FLD图
4 浮压结构及实物验证
从工艺及 CAE 仿真综合看， 方案 3 浮动压板工艺， 成形性及材料利用率是最优解。
4.1 模具结构
当前浮动压板工艺应用较少， 生产稳定性需进一步验证。基于稳定性需求， 开发模具进行生产验证。
方案3比方案1和方案2需多增加上模40t氮气缸压力源， 以最大氮气缸10t每个计算， 需增加4个氮气缸。模具结构如图17所示。
图17 浮动压板拉伸模结构
4.2 冲压调试
以CAE仿真工艺生产参数为参考， 设定压机基准压力140t参数进行调试取件。因左右端筋条阻力过小， 材料流入与CAE分析有约10mm左右偏差。前后端关键区进料与CAE分析基本一致， 后端中部流料多。最终板料尺寸为1,730×1,130mm， 实际率用率为61.9%。
压边力上浮10%， 即155T冲压取件， 制件成形性较稳定， 无开裂起皱。
取件状态如图18所示。
图18 现场调试制件图
4.3 品质检测
为了进一步验证制件尺寸精度， 冲孔切边完成后，制件贴模进行自由状态下蓝光扫描， 并输出扫描结果与数模对比回弹偏差云图。如图19、 图20所示。
图19 实物贴模扫描图
从图20可以看出， 关键区域及制件内部大面回弹基准在±0.5mm之内。左右侧最大回弹约2mm左右，后端中间位置最大回弹约2mm左右。与常规方案首次取样状态基本一致， 后续通过型面研磨， 增加筋条阻力调试， 及局部型面补偿可以较好的解决该问题点， 制件生产稳定性较好。
图20 制件蓝光扫描云图
5 结论
本文通过对比分析某车型机盖内板几种不同工艺方案， 结合CAE仿真及生产验证得出结论如下：
（1） 浮动压板工艺方案有效提升材料率用率， 降低每车生产成本约3.6元。
在保证制件成形性及品质的情况下， 采用浮动压板工艺， 比常规工艺方案材料率用率提升约3%， 成本每车节约约3.8元。
采用该工艺增加4个氮气缸制件及维修总费用约8万， 40万产能计算每车成本增加约0.2元。
（2） 仿真分析板料尺寸与实际生产有一定偏差。
因首轮调试， 板料流入与实际仿真分析有偏差，导致坯料尺寸与实际分析有一定偏差， 但在可调试的范围内， 通过后期调试可解决该问题。
—The End—