作者：佟海南， 趙建朋， 劉艷輝（長城汽車股份有限公司技術中心， 河北省汽車工程技術研究中心）

【摘要】對某車型頂蓋外板強度不足導致出現整車光影的缺陷進行了深入分析， 查找問題出現的主要原因， 并總結出問題的整改方向， 盡量在前期SE階段， 將問題消除， 避免后期問題的整改， 達到提升沖壓件品質， 提升整車精細感知， 提升顧客好感度的目的。同時， 降低后期整改成本， 縮短整改和交付周期。

關鍵詞：外覆蓋件；面品；光影；強度

1 引言

車外覆蓋件是消費者最最重視的外觀面零件，需滿足A級曲面質量要求。隨著汽車行業的高速發展和競爭加劇， 消費者對汽車的美觀和精細感知要求也越來越高。外覆蓋件 （如：頂蓋外板、 前后門外板、 側圍外板等） 噴漆后表面上的任何微小缺陷都會在光線的反射下出現光影變形， 影響整車美觀。因此， 為提升整車精細感、 提高顧客好感度需對外覆蓋件質量快速提升。

2 頂蓋外板強度不足導致整車品質缺陷

當前衡量整車外觀效果最重要標準之一為整車光影效果。頂蓋外板是整車覆蓋件中外露面積較大的制件之一， 對整車在自然光下的整車光影存在較大的影響。由于頂蓋需要沖壓單件、 焊裝頂蓋總成及涂裝進行電泳烘烤， 制件強度不足的話， 經過多工序的操作， 制件發生變形， 形成大凹坑， 造成整車光影效果不良。某車型整車頂蓋外板強度不足， 出現大凹坑， 光影狀態降低整車品質， 影響顧客感觀， 如圖1所示。

圖1 某車型整車頂蓋凹坑光影問題

3 頂蓋外板強度不足問題分析

（1） 材質與制件造型：制件板材材質為DC03料厚t=0.6mm；頂蓋外板車身X向、 Y向最大弧度為X：R max 118,000， Y：R max 5,000 （見圖2） ；材料性能抗拉強度 270MPa， 屈服強度 140~240MPa剛度適中；對比其它車型制件料厚較小， 常規料厚t=0.7mm；車身X向弧度過大， 制件A面平緩， 無加強筋造型；綜上頂蓋外板制件本身強度較差。

（2） 工藝設計、 成形性分析及現場驗證。

a.第一道筋全部采用T型筋， 前后部筋阻力系數為0.417， 拉伸筋阻力為99N/mm （同時外側增加一條圓筋， 其阻力系數為0.23， 拉伸筋阻力為 55N/mm）；頂蓋兩側筋平均阻力259N/mm；四角部位筋阻力系數為0.218， 拉伸筋阻力為 52N/mm， 如圖 3 所示；拉伸深度約80mm， 隨型壓料面， 如圖4所示；首道筋采用T型筋， 且增加二道筋， 對板料充分拉伸， 制件成形更加充分， 增加制件成形后強度。

b.確認Autoform成形性分析結果， 制件板料減薄率最小 5.1%；制件成形主應變最小0.034， 如圖5所示；參照Autoform分析判定標準， 理論分析板料已經得到充分拉伸， 制件強度滿足要求；現場實際測量制件減薄如圖6所示。

圖2 制件結構

圖3 拉伸筋分布圖

圖4 拉伸隨型壓料面及拉伸深度

圖5 Autoform分析結果

a — —Autoform分析減薄在5%以上

b — —Autoform分析主應變在0.03以上

圖6 頂蓋外板現場實際測量制件成形后減薄數據及位置

綜上：設計板料料厚0.6mm， 現場實際測量板料實際料厚0.56mm；通過工具測厚儀進行成形后制件板料料厚測量， 成形后板料在0.51~0.53mm， 減薄率在4%~8%；現場實際與理論設計相符， 板料拉伸充分， 制件成形性無問題。

（3） 理論剛度分析變形量與現場增加砝碼實際變形量。

a.使用軟件對頂蓋外板制件剛度分析模型進行構造， 采用模擬焊接及螺栓連接， 通過有限元求解進行分析。有限元分析模型實驗點位置示意圖， 如圖7所示。

頂蓋外板總成凹陷剛度分析結果匯總， 如圖 8所示。

某車型頂蓋外板總成剛度分析結果總結：頂蓋外板凹陷剛度分析共計選擇6個實驗點， 每個點施加100N的力， 所有實驗點位移數值 （單位：mm） 處于合格狀態數值下， 滿足目標要求。

圖7 某車型頂蓋外板總成剛度分析實驗點位置示意圖

圖8 頂蓋外板凹陷剛度分析結果匯總

圖9 現場測量制件變形量位置示意圖

b.現場實際測量制件負重變形量， 檢測位置如圖9所示， 檢測數據如表1所示。

制件存放于夾具上， 在固定區域不增加砝碼和增加2kg （20N） 砝碼， 收集制件變形量與CAE剛度分析結果進行對比， 實際最大變形量為1.5mm；等量換算后， 制件變形量遠超實際剛度分析結果；制件剛性明顯不足。

結論：現場制件凹陷剛度狀態未達到理論分析狀態， 單件強度存在不足。

原因總結：綜合制件造型、 制件工藝設計、AutoForm成形性分析結果及現場制件強度及減薄 （制件是否拉伸充分） 各方面分析， 主要因素在于產品造型弧度過大， 板材料厚小 （t=0.6mm） 及材質 （DC03） 剛度性能適中， 導致單件強度不足， 面品存在不良；在經過沖壓物流運輸、 焊裝總成焊接、 涂裝電泳烘烤等工序， 最終導致整車出現凹坑， 光影惡化， 無法滿足商品車標準， 不能達到進入市場的品質水平。

4 頂蓋外板強度不足的解決方案

（1） 保證制件車身X向和Y向弧度。參考值X：R<9,000， Y：R<7,000；如果制件弧度無法滿足， 可進行制件材質及料厚的優化， 材質更換為剛度較強材質， 料厚增加， 提升制件強度。

（2） 優化制件造型。建議造型如下：圖10為A面增加方形筋， 圖11為A面增加圓形筋和方形筋。

（3） 優化工藝。為了提高頂蓋外板成形后制件剛度， 拉伸筋排布建議采用T型筋， 可參考圖3所示， 制件成形時在壓邊圈與T型筋的共同作用下， 拉伸筋外側材料不進行流入， 制件成形剛度在于內部材料的均勻流動， 保證制件充分拉伸；壓料面深度可參考圖4所示， 保證制件成形充分。

（4） 模具質量。模具質量直接決定制件質量， 模具研合， 各工序符型狀態對制件影響不可忽視。此處著重強調模具研合， 大多覆蓋件的型面變形， 往往是著色率不夠， 造成制件拉伸成形時壓料不良， 局部塑性變形不足引起的。對于頂蓋外板模具基礎質量確認， 模具研合率要嚴格按標準執行。

圖10 A面增加方筋

圖11 A面增加圓筋和方形筋

5 結論

頂蓋外板強度不足導致整車凹坑光影不良問題，主要原因為制件結構和材質料厚導致， 此問題沖壓工藝已優化至極限。綜合考慮項目開發周期、 整改成本， 將制件料厚由t=0.6mm增加至t=0.7mm， 問題消除。前期SE階段， 需嚴格把控制件結構及材質料厚；工藝設計階段保證減薄率和主應變參數， 參考Autofrom分析減薄率下限最好在4%以上；主應變滿足ε>0.03；保證制件成形充分性。前期嚴格把控， 利于提升沖壓單件品質， 提升整車精細感知， 提升顧客好感度。同時， 降低后期整改成本， 縮短整改和交付周期。（內容源自《模具制造月刊》）