机盖内板一种降本工艺方案分析

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，广东广州 511434）

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。

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17 浮动压板拉伸模结构

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。