汽车顶盖外板强度不足问题研究

佟海南，赵建朋，刘艳辉

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

1 引言

2 顶盖外板强度不足导致整车品质缺陷

当前衡量整车外观效果最重要标准之一为整车光影效果。顶盖外板是整车覆盖件中外露面积较大的制件之一，对整车在自然光下的整车光影存在较大的影响。由于顶盖需要冲压单件、焊装顶盖总成及涂装进行电泳烘烤，制件强度不足的话，经过多工序的操作，制件发生变形，形成大凹坑，造成整车光影效果不良。某车型整车顶盖外板强度不足，出现大凹坑，光影状态降低整车品质，影响顾客感观，如图1所示。

3 顶盖外板强度不足问题分析

（1）材质与制件造型：制件板材材质为DC03料厚t=0.6mm；顶盖外板车身X向、Y向最大弧度为X：Rmax118,000，Y：Rmax5,000（见图2）；材料性能抗拉强度270MPa，屈服强度140～240MPa 刚度适中；对比其它车型制件料厚较小，常规料厚t=0.7mm；车身X 向弧度过大，制件A 面平缓，无加强筋造型；综上顶盖外板制件本身强度较差。

（2）工艺设计、成形性分析及现场验证。

a.第一道筋全部采用T 型筋，前后部筋阻力系数为0.417，拉伸筋阻力为99N/mm（同时外侧增加一条圆筋，其阻力系数为0.23，拉伸筋阻力为55N/mm）；顶盖两侧筋平均阻力259N/mm；四角部位筋阻力系数为0.218，拉伸筋阻力为52N/mm，如图3 所示；拉伸深度约80mm，随型压料面，如图4 所示；首道筋采用T型筋，且增加二道筋，对板料充分拉伸，制件成形更加充分，增加制件成形后强度。

b.确认Autoform 成形性分析结果，制件板料减薄率最小5.1%；制件成形主应变最小0.034，如图5 所示；参照Autoform 分析判定标准，理论分析板料已经得到充分拉伸，制件强度满足要求；现场实际测量制件减薄如图6所示。

图1 某车型整车顶盖凹坑光影问题

图2 制件结构

图3 拉伸筋分布图

图4 拉伸随型压料面及拉伸深度

图5 Autoform分析结果

图6 顶盖外板现场实际测量制件成形后减薄数据及位置

综上：设计板料料厚0.6mm，现场实际测量板料实际料厚0.56mm；通过工具测厚仪进行成形后制件板料料厚测量，成形后板料在0.51～0.53mm，减薄率在4%～8%；现场实际与理论设计相符，板料拉伸充分，制件成形性无问题。

（3）理论刚度分析变形量与现场增加砝码实际变形量。

a.使用软件对顶盖外板制件刚度分析模型进行构造，采用模拟焊接及螺栓连接，通过有限元求解进行分析。有限元分析模型实验点位置示意图，如图7 所示。

顶盖外板总成凹陷刚度分析结果汇总，如图8所示。

我家算是最开通的了。叔叔和哥哥他们都到北京和哈尔滨那些大地方去读书了，他们开了不少的眼界。回到家里来，大讲他们那里都是男孩子和女孩子同学。

某车型顶盖外板总成刚度分析结果总结：顶盖外板凹陷刚度分析共计选择6 个实验点，每个点施加100N的力，所有实验点位移数值（单位：mm）处于合格状态数值下，满足目标要求。

b.现场实际测量制件负重变形量，检测位置如图9所示，检测数据如表1所示。

图7 某车型顶盖外板总成刚度分析实验点位置示意图

图8 顶盖外板凹陷刚度分析结果汇总

图9 现场测量制件变形量位置示意图

表1 现场测量制件变形量数据统计表

制件存放于夹具上，在固定区域不增加砝码和增加2kg（20N）砝码，收集制件变形量与CAE 刚度分析结果进行对比，实际最大变形量为1.5mm；等量换算后，制件变形量远超实际刚度分析结果；制件刚性明显不足。

结论：现场制件凹陷刚度状态未达到理论分析状态，单件强度存在不足。

原因总结：综合制件造型、制件工艺设计、AutoForm成形性分析结果及现场制件强度及减薄（制件是否拉伸充分）各方面分析，主要因素在于产品造型弧度过大，板材料厚小（t=0.6mm）及材质（DC03）刚度性能适中，导致单件强度不足，面品存在不良；在经过冲压物流运输、焊装总成焊接、涂装电泳烘烤等工序，最终导致整车出现凹坑，光影恶化，无法满足商品车标准，不能达到进入市场的品质水平。

4 顶盖外板强度不足的解决方案

（1）保证制件车身X向和Y向弧度。参考值X：R＜9,000，Y：R＜7,000；如果制件弧度无法满足，可进行制件材质及料厚的优化，材质更换为刚度较强材质，料厚增加，提升制件强度。

（2）优化制件造型。建议造型如下：图10 为A 面增加方形筋，图11为A面增加圆形筋和方形筋。

图10 A面增加方筋

图11 A面增加圆筋和方形筋

（3）优化工艺。为了提高顶盖外板成形后制件刚度，拉伸筋排布建议采用T 型筋，可参考图3 所示，制件成形时在压边圈与T型筋的共同作用下，拉伸筋外侧材料不进行流入，制件成形刚度在于内部材料的均匀流动，保证制件充分拉伸；压料面深度可参考图4所示，保证制件成形充分。

（4）模具质量。模具质量直接决定制件质量，模具研合，各工序符型状态对制件影响不可忽视。此处着重强调模具研合，大多覆盖件的型面变形，往往是着色率不够，造成制件拉伸成形时压料不良，局部塑性变形不足引起的。对于顶盖外板模具基础质量确认，模具研合率要严格按标准执行。

5 结论

顶盖外板强度不足导致整车凹坑光影不良问题，主要原因为制件结构和材质料厚导致，此问题冲压工艺已优化至极限。综合考虑项目开发周期、整改成本，将制件料厚由t=0.6mm增加至t=0.7mm，问题消除。

前期SE阶段，需严格把控制件结构及材质料厚；工艺设计阶段保证减薄率和主应变参数，参考Autofrom分析减薄率下限最好在4%以上；主应变满足ε＞0.03；保证制件成形充分性。前期严格把控，利于提升冲压单件品质，提升整车精细感知，提升顾客好感度。同时，降低后期整改成本，缩短整改和交付周期。

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《模具制造》编辑部